1.本发明属于煤矿钻具领域，涉及一种电磁感应矿用钻杆及数据传输方法。
背景技术：
2.煤矿定向钻孔技术，需要使用传感器对井下的各种位置参数进行测量，再将测量得到的数据实时发送回地面。随着煤矿自动定向技术深入的研究和发展，需要钻机自动接扣，且传输数据量也越来越大。目前，煤矿井下采用通缆钻杆和泥浆脉冲传输，通缆钻杆需要在螺纹连接位置设置电缆连接头，电缆连接头的结构较为复杂，钻机自动接扣时，常常损坏电缆连接头导致接扣失败；泥浆脉冲可以实现自动接扣，但是泥浆脉冲传输速率非常低，速度最快的连续波方式也只有5-10bit/s，现有的煤矿定向信号传输技术不能适用于自动定向钻孔。
技术实现要素：
3.有鉴于此，本发明的目的在于为了保证钻机自动接扣可靠性和信号高效传输，提供一种可以应用于自动定向技术的钻杆及信号传输方法，保证了钻机自动结扣的可靠性，减少传输过程的信号衰减和干扰，以实现自动定向钻孔技术的运用。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一方面，本发明提供一种电磁感应矿用钻杆，包括钻杆本体，所述钻杆本体的一端为公螺纹端，一端为与所述公螺纹端配合的母螺纹端，所述公螺纹端内设有公传输环，所述母螺纹端内设有母传输环，所述有公传输环和母传输环均通过弹性垫与钻杆本体弹性连接；
6.所述公传输环和母传输环一端设有与弹性垫配合的弹性凸台，另一端设有感应线圈槽，所述感应线圈槽内设有导磁材料，所述导磁材料内部设有闭合的感应线圈；所述钻杆本体内部设有连接公传输环和母传输环感应线圈的电缆。
7.进一步，还包括孔口监测模块、中续短节、孔底测量短节；
8.所述孔口监测模块用于向发送数据采集指令，并接收采集到的数据，判断是否进行向下传输，当无上行信号时，将指令信息调制成波形信号进行向下传输；
9.所述中续短节用于对传输方向进行判断，并对波形信号进行解调并放大，再经过调制后继续向下或向上传输；
10.所述孔底测量短节用于对传输方向进行判断，并对波形信号进行解调，完成钻孔孔底参数测量，并将测量数据进行向上传输。
11.进一步，所述向下传输和向上传输，均是通过将多个钻杆的公螺纹端和母螺纹端依次连接，在钻杆内的信号通过电缆传输，两钻杆连接处通过电磁感应传输。
12.进一步，所述孔口监测模块包括上位机、数据采集箱和调制解调单元，所述上位机发送指令给数据采集箱，数据采集箱判断是否向下传输，当无上行信号，通过调制解调单元将指令信息调制成波形信号来进行向下传输，所述上位机还用于接收孔底测量短节传回的
参数信息。
13.进一步，所述中续短节包括方向判断单元、调制解调单元、信号放大单元和电池组，通过方向判断单元判断信号传输的方向，通过调制解调单元对信号进行解调，通过信号放大单元对解调后的信号进行放大，再进行向下传输，所述电池组用于给方向判断单元、调制解调单元、信号放大单元供电。
14.进一步，所述孔底测量短节包括方向判断单元、调制解调单元、测量单元和电池组，通过方向判断单元判断信号传输的方向，通过调制解调单元对信号进行解调，通过测量单元测量孔底的各项参数信息，再通过调制解调单元对参数信息进行调制，进行向上传输；所述电池组用于给方向判断单元、调制解调单元、测量单元供电。
15.进一步，所述数据采集箱内设有逻辑判断电路实现信号单向传输。
16.另一方面，本发明提供一种基于上述电磁感应矿用钻杆的数据传输方法，包括以下步骤：
17.s1：上位机发送指令给数据采集箱，数据采集箱判断是否向下传输，当无上行信号时，将指令信息调制成波形信号，通过依次连接的电磁感应矿用钻杆进行向下传输；
18.s2：经过一定数量的电磁感应矿用钻杆后，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号后，再继续使用电磁感应矿用钻杆向下传输；
19.s3：到达孔底测量短节后，判断传输方向，选择处理电路解调出信号，信号完成自钻孔孔口到孔底的传输；
20.s4：通过孔底测量短节的测量单元测量得到孔底的各项参数信息，传回上位机。
21.进一步，步骤s4所述传回上位机，具体包括以下步骤：
22.s41：测量单元测得信息，经过方向判断，选择处理电路，将测量信息调制成波形信号通过依次连接的电磁感应矿用钻杆进行向上传输；
23.s42：经过一定数量的电磁感应矿用钻杆后，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号后，再使用电磁感应矿用钻杆向上传输；
24.s43：到达孔口监测装置，解调出信号所携带信息，上传数据采集箱，最后传给上位机，完成信号的上行传输。
25.本发明的有益效果在于：本发明在钻杆螺纹连接位置采用电磁传输，大大简化了电缆连接的结构，保证了钻杆自动连接的可靠性；电磁传输连接位置采用弹性连接，最大程度的减小了公导磁环和母导磁环之间距离，减少了磁漏和信号干扰，大大提高了信号传输的效率。
26.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
27.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
28.图1本发明电磁感应矿用钻杆结构示意图
29.图2本发明电磁感应矿用钻杆连接示意图
30.图3本发明传输环结构示意图
31.图4本发明孔内信号传输结构图
32.图5本发明信号传输原理图
33.图6本发明下行数据传输图
34.图7本发明上行数据传输图
35.附图标记：1-公传输环；2-公弹性垫；3-钻杆体；4-电缆；5-母弹性垫；6-母传输环；101-公头感应线圈；102-公头导磁环；103-限位凸台；104-线圈槽；105-弹性开口；601-母头感应线圈；602-母头导磁环。
具体实施方式
36.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
38.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
39.为了便于理解本专利的结构图，按照图1放置方向，对本专利进行说明：
40.需要说明的是：初级线圈中通过交变电流时，内部会有交变的磁通量，交变的磁通量在次级线圈中产生感应电动势和感应电流。钻杆连接处设有l1和l2闭合线圈回路，设两线圈的匝数分别为n1＝n2，根据法拉第电磁感应定律，在线圈l1之中通过随时间变化的电流i1，在闭合回路线圈l2中能够产生与闭合线圈l1感应电流i2。电流i1产生穿过初级线圈的磁通φ1，同时产生穿过次级线圈的磁通φ2，i1未穿过次级线圈的磁通φn称为漏磁，漏磁现象是电磁感应传输通道发生衰减的重要原因，导磁材料之间距离越小磁漏越少，信号传输的衰减越少。
41.如图1和2所示，信号在钻杆内通过电缆4传输，在两钻杆连接处通过电磁感应来传输；如图3所示，公传输环1和母传输环6的限位凸台103嵌入钻杆体3内的凹槽内，限位凸台103的宽度尺寸小于槽宽的尺寸，公传输环1和母传输环6均可在钻杆体3内轴向移动。钻杆连接后，公传输环1通过公弹性垫2与钻杆体3内壁相抵，母传输环6与钻杆体3内壁通过母弹
性垫5相抵，线圈槽内的公导磁环102与母导磁环602始终保持最小间隙，减少了电磁感应信号衰减程度。
42.需要说明是：为了防止波形信号在传输过程中出现较大的衰减和畸变，导致不能解调，因此传输一定距离后设置中续短节，把信息解调出来，重新调制，放大后再进行传输。
43.如图4-6所示，信号下行传输：pc上位机发送指令给数据采集箱，数据采集箱判断是否向下传输，当无上行信号，将指令信息调制成波形信号来进行向下传输，经过一定数量的电磁钻杆传输，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号再进行向下传输；到达孔底测量短节后，判断传输方向，选择处理电路解调出信号，信号完成自孔口到孔底的传输。
44.如图7所示，信号上行传输：测量单元测得信息，经过方向判断，选择处理电路，将测量信息调制成波形信号来进行向上传输，经过一定数量的电磁钻杆传输，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号再进行向上传输；经过一定数量的电磁钻杆传输，孔口监测装置，解调出信号所携带信息，上传数据采集箱，最后传给pc上位机，完成信号的上行传输。
45.需要说明是，本发明一种电磁感应矿用钻杆为单通道传输装置，信号向下传输过程中不能有上传输信号，数据采集箱有逻辑判断电路实现信号单向传输；中续短节和孔底测量短节中，上行处理电路和下行处理电路有一定差别，因此在中续短节和孔底测量短节均设有方向判断电路，来根据传输方向切换电路，实现双向信号处理。
46.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。技术特征：
1.一种电磁感应矿用钻杆，其特征在于：包括钻杆本体，所述钻杆本体的一端为公螺纹端，一端为与所述公螺纹端配合的母螺纹端，所述公螺纹端内设有公传输环，所述母螺纹端内设有母传输环，所述有公传输环和母传输环均通过弹性垫与钻杆本体弹性连接；所述公传输环和母传输环一端设有与弹性垫配合的弹性凸台，另一端设有感应线圈槽，所述感应线圈槽内设有导磁材料，所述导磁材料内部设有闭合的感应线圈；所述钻杆本体内部设有连接公传输环和母传输环感应线圈的电缆。2.根据权利要求1所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：还包括孔口监测模块、中续短节、孔底测量短节；所述孔口监测模块用于向发送数据采集指令，并接收采集到的数据，判断是否进行向下传输，当无上行信号时，将指令信息调制成波形信号进行向下传输；所述中续短节用于对传输方向进行判断，并对波形信号进行解调并放大，再经过调制后继续向下或向上传输；所述孔底测量短节用于对传输方向进行判断，并对波形信号进行解调，完成钻孔孔底参数测量，并将测量数据进行向上传输。3.根据权利要求2所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：所述向下传输和向上传输，均是通过将多个钻杆的公螺纹端和母螺纹端依次连接，在钻杆内的信号通过电缆传输，两钻杆连接处通过电磁感应传输。4.根据权利要求2所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：所述孔口监测模块包括上位机、数据采集箱和调制解调单元，所述上位机发送指令给数据采集箱，数据采集箱判断是否向下传输，当无上行信号，通过调制解调单元将指令信息调制成波形信号来进行向下传输，所述上位机还用于接收孔底测量短节传回的参数信息。5.根据权利要求2所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：所述中续短节包括方向判断单元、调制解调单元、信号放大单元和电池组，通过方向判断单元判断信号传输的方向，通过调制解调单元对信号进行解调，通过信号放大单元对解调后的信号进行放大，再进行向下传输，所述电池组用于给方向判断单元、调制解调单元、信号放大单元供电。6.根据权利要求2所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：所述孔底测量短节包括方向判断单元、调制解调单元、测量单元和电池组，通过方向判断单元判断信号传输的方向，通过调制解调单元对信号进行解调，通过测量单元测量孔底的各项参数信息，再通过调制解调单元对参数信息进行调制，进行向上传输；所述电池组用于给方向判断单元、调制解调单元、测量单元供电。7.根据权利要求2所述的电磁感应矿用钻杆，其特征在于：所述数据采集箱内设有逻辑判断电路实现信号单向传输。8.一种基于如权利要求1-7任一所述电磁感应矿用钻杆的数据传输方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：上位机发送指令给数据采集箱，数据采集箱判断是否向下传输，当无上行信号时，将指令信息调制成波形信号，通过依次连接的电磁感应矿用钻杆进行向下传输；s2：经过一定数量的电磁感应矿用钻杆后，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号后，再继续使用电磁感应矿用钻杆向下传输；s3：到达孔底测量短节后，判断传输方向，选择处理电路解调出信号，信号完成自钻孔
孔口到孔底的传输；s4：通过孔底测量短节的测量单元测量得到孔底的各项参数信息，传回上位机。9.根据权利要求8所述电磁感应矿用钻杆的数据传输方法，其特征在于：步骤s4所述传回上位机，具体包括以下步骤：s41：测量单元测得信息，经过方向判断，选择处理电路，将测量信息调制成波形信号通过依次连接的电磁感应矿用钻杆进行向上传输；s42：经过一定数量的电磁感应矿用钻杆后，在中续短节进行方向判断，选择处理电路进行解调并且放大信号后，再使用电磁感应矿用钻杆向上传输；s43：到达孔口监测装置，解调出信号所携带信息，上传数据采集箱，最后传给上位机，完成信号的上行传输。
技术总结
本发明涉及一种电磁感应矿用钻杆，属于煤矿钻具领域，包括钻杆本体，所述钻杆本体的一端为公螺纹端，一端为与所述公螺纹端配合的母螺纹端，所述公螺纹端内设有公传输环，所述母螺纹端内设有母传输环，所述有公传输环和母传输环均通过弹性垫与钻杆本体弹性连接；所述公传输环和母传输环一端设有与弹性垫配合的弹性凸台，另一端设有感应线圈槽，所述感应线圈槽内设有导磁材料，所述导磁材料内部设有闭合的感应线圈；所述钻杆本体内部设有连接公传输环和母传输环感应线圈的电缆。环和母传输环感应线圈的电缆。环和母传输环感应线圈的电缆。
技术研发人员：张俞 舒将军 梅安平 王国震 赵志强 刘莉 王普柽
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：2022.05.30
技术公布日：2022/8/8
声明：
“电磁感应矿用钻杆及数据传输方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中煤科工集团重庆研究院有限公司
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2024年10月11日 ~ 13日 
