破岩的设备和方法
【专利摘要】一种破岩的设备和方法，用于测量破岩动力。该设备包括：破岩系统的至少一个部件，所述部件在破岩期间经受应力；至少一个元件，所述元件的至少部分被布置成永久磁化状态；以及至少一个测量构件，所述测量构件用于基于所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数。
【专利说明】破岩的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及破岩动力(rock breaking dynamics)的测量。
【背景技术】
[0002]在破岩系统中，在破岩期间出现的应力可被测量并用于控制破岩。F169680和US4, 671，366公开了测量在破岩期间出现的应力波并将所测量到的应力波用于控制破岩装置的操作的实例。DE19932838和US6，356，077公开了通过测量由经受冲击载荷的部件中的应力波引起的磁弹性变化来确定应力波的参数的信号处理方法和装置。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供用于测量破岩动力的新颖设备和方法。
[0004]本发明的特征在于独立权利要求的特征。
[0005]根据实施例，测量破岩动力的设备包括:破岩系统的至少一个部件，所述部件在破岩期间经受应力；至少一个测量构件，所述测量构件用于基于所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数；以及至少一个元件，所述元件的至少部分布置成永久磁化状态，所述永久磁化状态在测量周期期间不需要利用外部磁源来维持。
[0006]根据该设备的实施例，通过破岩系统外部的磁场将所述元件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0007]根据该设备的实施例，所述元件是永磁体，所述永磁体布置用以将所述破岩系统的所述部件的至少部分设置成永久磁化状态。
[0008]根据该设备的实施例，所述永磁体布置用以持续地将所述破岩系统的所述部件的至少部分设置成永久磁化状态。
[0009]根据该设备的实施例，所述永磁体布置用以间歇地将所述破岩系统的所述部件的至少部分设置成永久磁化状态。
[0010]根据该设备的实施例，该设备包括布置成至少部分地环绕所述破岩系统的所述部件的多个永磁体。
[0011]根据该设备的实施例，单个永磁体或一组永磁体布置用以提供至少部分周向的结构。
[0012]根据该设备的实施例，单个永磁体或一组永磁体是可打开的。
[0013]根据该设备的实施例，单个永磁体或一组永磁体可打开以绕所述破岩系统的所述部件布置所述单个永磁体或所述一组永磁体的结构。
[0014]根据该设备的实施例，单个永磁体或一组永磁体布置用以提供周向结构，该周向结构可打开以绕所述破岩系统的所述部件布置所述单个永磁体或所述一组永磁体。
[0015]根据该设备的实施例，至少部分布置成永久磁化状态的所述元件是所述破岩系统的所述部件。
[0016]根据该设备的实施例，该设备包括磁化装置，所述磁化装置用于将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0017]根据该设备的实施例，所述磁化装置被构造用以提供电磁脉冲以将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0018]根据该设备的实施例，所述磁化装置被布置成至少部分地环绕所述破岩系统的所述部件。
[0019]根据该设备的实施例，所述磁化装置被布置用以提供至少部分周向的结构。
[0020]根据该设备的实施例，所述磁化装置是可打开的。
[0021]根据该设备的实施例，所述磁化装置可打开以至少部分地绕所述破岩系统的所述部件布置所述磁化装置的结构。
[0022]根据该设备的实施例，所述磁化装置布置用以提供至少部分周向的结构，该至少部分周向的结构可打开以至少部分地绕所述破岩系统的所述部件布置所述磁化装置。
[0023]根据该设备的实施例,所述磁化装置被构造用以间隔地(at intervals)将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0024]根据该设备的实施例，在使用所述破岩系统的所述部件之前将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0025]根据该设备的实施例，所述破岩系统包括至少一个空隙，至少一个永磁体或磁化装置布置到所述空隙中。
[0026]根据该设备的实施例，所述破岩系统的所述部件是钻具、钻杆、钻头、撞击机构的部件(诸如撞击机构的框架结构)、撞击装置、钻柄、衰减装置、适配器和联接套筒中的一个。
[0027]根据实施例，测量破岩动力的方法包括:在破岩期间使破岩系统的部件经受应力；基于所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数；将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态，所述永久磁化状态在测量周期期间不需要利用外部磁源来维持；以及基于至少部分布置成永久磁化状态的所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数。
[0028]根据该方法的实施例，通过所述破岩系统外部的磁场将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0029]根据该方法的实施例，通过至少一个永磁体、通过包括至少一个永磁体的磁化装置或通过提供电磁脉冲的磁化装置将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0030]根据该方法的实施例，间隔地将所述破岩系统的所述部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0031]根据测量仪器(instrument)的实施例，所述测量仪器包括:至少一个磁化装置，所述磁化装置用于将物体的至少部分布置成永久磁化状态；以及至少一个测量构件，所述测量构件用于测量描述响应于施加在所述物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的至少一个参数。
[0032]根据该测量仪器的实施例，该测量仪器包括被构造用以提供电磁脉冲以将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态的装置。
[0033]根据该测量仪器的实施例，所述磁化装置被构造用以间隔地将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态。
[0034]根据该测量仪器的实施例，所述磁化装置包括至少一个永磁体。
[0035]根据该测量仪器的实施例，所述磁化装置包括布置成至少部分地环绕所述物体的多个永磁体。
[0036]根据该测量仪器的实施例，单个永磁体或一组永磁体被布置用以提供至少部分周向的结构。
[0037]根据该测量仪器的实施例，所述单个永磁体或一组磁铁是可打开的。
[0038]根据涉及测量响应于施加在物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的测量方法的实施例，该方法包括:将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态；以及测量描述响应于施加在所述物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的至少一个参数。
[0039]根据涉及测量响应于施加在物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的测量方法的实施例，提供电磁脉冲以将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态。
[0040]根据涉及测量响应于施加在物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的测量方法的实施例，间隔地将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态。
[0041]根据涉及测量响应于施加在物体上的应力的所述物体的磁性上的变化的测量方法的实施例，通过至少一个永磁体、通过包括至少一个永磁体的磁化装置或通过提供电磁脉冲的磁化装置将所述物体的至少部分布置成永久磁化状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0042]在下文中，将参照附图借助优选实施例更详细地描述本发明，其中:
[0043]图1示意性地示出凿岩钻机的侧视图；
[0044]图2示意性地示出在钻岩中出现的应力波；
[0045]图3不意性地不出破岩系统的局部横截面侧视图；
[0046]图4示意性地示出将破岩系统的部件布置成永久磁化状态的设备的局部横截面侧视图；
[0047]图5示意性地示出将破岩系统的部件布置成永久磁化状态的第二设备的另一局部横截面侧视图；
[0048]图6示意性地示出磁化装置结构的局部横截面侧视图；
[0049]图7示意性地示出图6的磁化装置结构的局部横截面端视图；
[0050]图8示意性地示出第二磁化装置结构的局部横截面端视图；
[0051]图9示意性地示出第三磁化装置结构的局部横截面端视图；
[0052]图10示意性地示出第四磁化装置结构的局部横截面端视图；
[0053]图11示意性地示出将破岩系统的部件布置成永久磁化状态的第三设备的局部横截面侧视图；并且
[0054]图12和13示意性地示出应力波的测量结果的实例。
【具体实施方式】
[0055]破岩可通过使用钻岩机在岩石中钻孔来实施。替代地，岩石可通过破碎锤来破碎。在上下文中，术语“岩石”应在广义上理解成还涵盖巨石、岩石材料、地壳和其它相对较硬的材料。钻岩机和破碎锤包括撞击机构、该撞击机构直接地或通过适配器提供撞击脉冲给钻具。撞击脉冲产生在钻具中传播的应力波。在应力波到达钻具的面对所要钻凿的岩石的端部时，钻具由于应力波的作用而穿入到岩石中。应力波的某些能量可作为反射波而反射回来，该反射波在钻具中沿相反方向(即，朝向撞击机构)传播。取决于情形，反射波可仅包括压缩应力波或拉伸应力波。然而,反射波通常包括拉伸和压缩应力分量两者。
[0056]图1示意性地示出凿岩钻机I的显著简化的侧视图。凿岩钻机I包括移动载体2和悬臂3，在悬臂3的端部存在有进给梁4，进给梁4设有钻岩机8，钻岩机8具有撞击机构5和旋转机构6。图1的凿岩钻机I还包括钻具9，钻具9的近端被联接到钻岩机8，而钻具9的远端朝向待被钻凿的岩石12定向。在图1中用虚线示意性地示出钻具9的近端9'。图1的凿岩钻机I的钻具9包括钻杆10a、1b和1c以及在钻具9的远端9"处的钻头11。钻头11可设有球齿11a，但其它钻头结构也是可能的。在也被称为深孔钻凿的使用分段钻杆的钻凿中，取决于所要钻凿的孔的深度的多个钻杆附接在钻头11和钻岩机8之间。钻具9还可由附接到进给梁4的导向支承件13支承。
[0057]钻机还可具有与上述结构不同的结构。例如，在潜孔凿岩中，撞击机构在钻孔的底部处靠近钻头定位于钻机中，钻头通过钻杆连接到位于钻孔上方的旋转机构。
[0058]撞击机构5可设有撞击活塞,该撞击活塞在压力介质的作用下往复运动并直接或通过在钻具9和撞击活塞之间的中间件(诸如钻柄或另一类型适配器)撞击工具。自然地，具有不同结构的撞击机构也是可能的。因此，撞击机构5的操作还可基于电磁或液压的使用而没有任何机械往复运动的撞击活塞，并且在上下文中，术语撞击机构还指基于这样特征的撞击装置。由撞击机构5产生的应力波沿钻杆1a至1c朝向在钻具9的远端处的钻头11传递。在应力波遇到钻头11时，钻头11及其球齿Ila撞击所要钻凿的岩石12，从而使所要钻凿的岩石12遭受强应力，裂缝由于该强应力而在岩石12中形成。通常，施加在或作用在岩石12上的应力波的一部分反射回到钻具9并沿钻具9朝向撞击结构5反射回来。
[0059]图2示意性地示出应力波，其中朝向所要钻凿的岩石12传播的应力波用附图标记Si表示,而从岩石12反射回到钻具9的应力波用附图标记表示。
[0060]在钻凿期间，旋转机构6将连续旋转力传递到钻具9，因此致使钻头11的球齿Ila在一次撞击之后改变其位置并在下次撞击时撞击岩石12上的新的部位。图1的凿岩钻机I还包括布置到进给梁4的进给机构7，钻岩机8布置成相对于进给机构7可移动。在钻凿期间，进给机构7布置用以推动钻岩机8在进给梁4上前进并因此推动钻头11抵靠岩石12。
[0061]图1示出凿岩钻机I相对于钻岩机8的结构比其实际的小得多。为了清楚起见，图1的凿岩钻机I仅具有一个悬臂3、进给梁4、钻岩机8和进给机构7,但显然,凿岩钻机可设有多个悬臂3，所述悬臂3具有进给梁4、钻机8和进给机构7。而且，显然，钻岩机8通常包括防止钻头11堵塞的冲洗装置。为了清楚起见，图1中没有示出冲洗装置。钻机8可液压地操作，但其还可气动地或电动地操作。
[0062]图3不意性地不出可例如用于图1的凿岩钻机中的破岩系统14的局部横截面侧视图。图3的破岩系统14包括撞击机构5和连接到撞击机构5的钻具9。图3的破岩系统14中的钻具9包括钻杆10a、10b和在钻杆1b远端处的钻头11。撞击机构5包括框架结构5'和布置用以提供传到钻具9的撞击脉冲的撞击装置15。在图3的实施例中，撞击装置15具有撞击活塞的形式,但撞击装置15和撞击机构5的实际实施方式可以以各种方式变化。图3的撞击机构5还包括钻柄16,钻具9的近端9'被紧固到该钻柄16,从而撞击装置15布置用以将撞击作用导引到钻柄16而不是直接导引到钻具9，钻柄16因此形成在撞击装置15和钻具9之间的中间件。图3的撞击机构5还包括衰减装置17，衰减装置17在图3中非常简要地示出，并且该衰减装置17定位在钻柄16和撞击装置15之间并被支承到撞击机构5的框架结构5'。衰减装置17的功能在于衰减从岩石12反射回到钻具9和撞击机构5的应力的影响。衰减装置17还可提供钻柄16在如下位置相对于撞击装置15的定位，在所述位置，由撞击装置提供的撞击将会对钻柄16具有最佳效果。衰减装置17的实际实施方式可包括例如一个或多个压力介质操作的气缸。
[0063]在图3的实施例中，撞击机构5和联接到撞击机构5的钻具9形成破岩系统14,破岩系统14在破岩期间经受应力。然而，破岩系统的实施方式可以在很多方面不同。例如，在破碎锤中，破岩系统通常仅包括撞击装置和钻具，使得由撞击装置提供的撞击直接影响钻具9。取决于实施方式,破岩系统可以是液压、气动或电动操作的,或者破岩系统的操作可实施为液压、气动或电动操作的装置的组合。为了清楚起见，图1和3没有示出破岩系统的操作所需的任何压力介质管线或电线，所述管线或电线对本领域技术人员来说是众所皆知的。
[0064]图4示意性地公开了使一个或多个永磁体可位于破岩系统14中的一些可能的位置。为了清楚起见，在图4中省略了撞击机构5的框架结构5'。永磁体18是布置成或能够布置成永久磁化状态的元件。在永磁体18布置成永久磁化状态时，永磁体18具有磁�。⑶以谄蒲蚁低�14的所述部件的至少部分经受至少一个永磁体18的磁场的作用时，破岩系统14的所述部件的至少部分进一步布置成永久磁化状态。此外，当在破岩期间，应力正作用在布置成永久磁化状态的所述部件上时，或换言之，当应力影响破岩系统的布置成永久磁化状态的所述部件时，应力导致所述部件的磁性上的变化。
[0065]至少部分可布置成永久磁化状态的破岩系统14的所述部件可例如是撞击机构5、撞击机构5的框架结构5'、撞击装置15、钻柄16、衰减装置17、破岩系统14的钻具9(诸如钻杆10a、10b、1c和/或钻头11)。至少部分可布置成永久磁化状态的破岩系统14的所述部件还可例如是撞击机构中的适配器或联接套筒。可布置成永久磁化状态的破岩系统14的所述部件因此是可产生、传递或阻尼在破岩期间出现的应力或应力波的部件。
[0066]永久磁化状态可以是如下状态:如在永磁体中的保持相对较长的时段的磁化状态、通过间歇施加外部磁源来维持的磁化状态、由暴露至外部磁场导致的在部件材料内部维持的磁化状态、或在测量周期期间不需要用外部磁源来维持的磁化状态。可通过使用稍后提供一些实例的有源装置或使用诸如永磁体的无源装置的磁源的单次间歇的施加来提供永久磁化状态。
[0067]所述部件的磁性上的变化可例如是部件的磁场上的变化、部件的磁场的磁通量上的变化、部件的磁导率或磁感应率上的变化、或部件的磁化的状态或强度上的变化。部件的磁性上的变化因此是经受应力的部件的材料的状态上的变化的结果。由于解决方案与永久磁场状态有关，所以能够更一致地检测经受应力的部件的磁性上的变化。
[0068]在图4中，永磁体18紧固在支承结构19中并具有圆形形状，使得永磁体18可布置成环绕部件，所述部件的至少部分通过至少一个永磁体18布置成永久磁化状态。在图4中，永磁体18布置成环绕钻具9的钻杆10a、钻柄16、衰减装置17和撞击装置15。
[0069]图5不意性地公开了使一个或多个永磁体18可位于图3的破岩系统14中的另外一些可能位置。在图5中，永磁体同样具有圆形形状，但图4中所公开的支承结构19已去除。在图5的实施例中，在撞击机构5的框架结构5'、钻柄16、衰减装置17和撞击装置15中形成有空隙20，由此通过将永磁体18布置到部件中的空隙20中，可将永磁体18布置在所述部件内部。此外，钻杆1a的内部例如形成一种空隙，至少一个永磁体18可布置在该空隙中。在钻柄16中，永磁体18可例如位于钻柄16的冲洗通道31中，所述冲洗通道在钻柄16中形成一种空隙。
[0070]图4和5不意性地不出了使永磁体18可布置在破岩系统14中的一些可能位置。然而，该布置可包括仅一个永磁体18以将一个破岩系统部件的至少部分布置成永久磁化状态。替代地，该布置可包括两个或多个永磁体18以将一个或多个破岩系统部件的至少部分布置成永久磁化状态。因此，在该布置中，可存在每个均具有相关永磁体18的若干个破岩系统部件或存在具有若干个相关永磁体18的一个或多个破岩系统部件。在图4和5中还示意性地示出了后一种实施例的实例，且图4公开了环绕钻柄16的两个连续的永磁体18，而图5公开了布置在撞击机构5的框架结构5'中的空隙20中的两个连续永磁体18。如果在设备中存在与一个破岩系统部件相关的若干个永磁体18,则永磁体还可布置成在该特定的破岩系统部件的周向方向上相对于彼此连续。在该情况下，永磁体可例如具有矩形形式。
[0071]由于在图4和5的实例中，永磁体永久地布置在破岩系统部件附近，所以在图4和图5的实例中，永磁体布置用以持续地将破岩系统部件的至少部分设置成的永久磁化状态。
[0072]图4和5还示意性地公开了基于破岩系统部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数的装置，源自应力(诸如应力波)的部件的磁性上的变化在破岩系统14的操作期间影响破岩系统14的部件。
[0073]在图4中，基于破岩系统部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数的测量构件是测量线圈21，在图4的实施例中，其处在通过靠近钻杆1a的永磁体18而布置成永久磁化状态的钻杆1a的区域中，布置成环绕钻杆10a。然而，测量线圈21可替代地在通过永磁体18而布置成永久磁化状态的某个其它破岩系统部件的区域中靠近该部件布置。还能够存在用于测量特定的一个或多个部件的磁性上的变化的、靠近相同或不同的破岩系统部件的多于一个的测量线圈21。由于部件的磁性上的变化，在测量线圈21中感生出相当于该部件的磁性上的变化的电压或电流。所感应出的电压或电流则指示影响该特定破岩系统部件的应力。
[0074]在图5中，用于测量部件的磁性上的变化的测量构件是磁性传感器22，在图5的实施例中，其在通过在钻杆16中的永磁体18而布置成永久磁化状态的钻柄16的区域中布置在钻柄16内。然而，磁性传感器22可替代地在布置成永久磁化状态的某个其它破岩系统部件的区域中处于该部件中。还能够存在处在相同或不同的破岩系统部件中的多于一个的磁性传感器22，用于基于该一个或多个特定的部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数。磁性传感器22可例如是线圈、磁力计、磁阻元件或霍尔传感器。
[0075]由测量构件提供的测量信息通过由箭头23示意性地指示的有线连接或无线连接而传送到数据处理单元24。数据处理单元24包括基于软件和/或硬件的装置，用于处理或修正由测量构件提供的测量信息以得到由测量构件提供的测量信息的有意义表示，使得测量信息可被分析和/或用于控制破岩系统14或整个凿岩钻机I或破碎锤的操作。例如，可应用DE19932838和US6，356，077中所公开的处理或修正方法。
[0076]在永磁体18用于将破岩系统的部件的至少部分布置成永久磁化状态时，干扰不会出现在由于作用在破岩系统部件上的应力而导致的破岩系统部件的磁性上的变化的测量中，所述干扰出现在现有技术方案中，所述现有技术方案包括在破岩系统部件的磁性上的变化的测量期间同时磁化该破岩系统部件的磁化线圈。
[0077]在考虑到用于测量破岩动力的该设备的操作时，涉及测量操作的仪器比如永磁体优选地由非导电材料制成。然而，可能的线圈自然地由导电材料制成。
[0078]图6示意性地示出了旨在将破岩系统部件的至少部分布置成永久磁化状态的磁化装置结构27的局部横截面侧视图，并且图7示意性地示出了图6的磁化装置结构27的局部横截面端视图。磁化装置结构27包括单个永磁体18，该单个永磁体18在图6和7的实施例中具有布置成环绕破岩系统部件(即，图6和7的实施例中的钻杆1a)的环形形状。永磁体18插入包括环绕永磁体18的夹套25和端板26的支承结构19内，使得支承结构19是将永磁体18围封在支承结构19内的闭合结构。为了清楚起见，在图7中未示出表示夹套25横截面的阴影线。端板26中的至少一个可以是可拆除的，以将永磁体18插入支承结构19内。支承结构19形成引导构件，所述引导构件用于将由永磁体提供的磁场引导到破岩系统部件，以通过由永磁体18提供的磁场将该破岩系统部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0079]在图6和7的实施例中，环形永磁体18布置成完全环绕破岩系统部件，即，钻杆1a0部分或完全环绕所关注的破岩系统部件的永磁体18还能够具有另一曲线形状。至少部分地环绕所关注的破岩系统部件的永磁体18的形状或形式还可具有除了曲线或环形形式外的另一种至少部分周向的形状。
[0080]在图6和7的实施例中，测量传感器22也被布置在永磁体18的内周界内。因此，图6和7的实施例提供了永磁体18即至少部分布置成永久磁场状态的元件和测量构件即测量传感器22的组合。例如，如果测量传感器22具有线圈形式，则测量传感器22的端部(未示出)可布置成贯穿端板26。
[0081]图8示意性地示出了第二磁化装置结构27的局部横截面端视图。为了清楚起见，在图8中未示出表示夹套25横截面的阴影线。在图8中，与图7相比，图6的环形永磁体18由多个永磁体18替代，该多个永磁体18具有圆杆形状并在支承结构19的夹套25中彼此相邻地布置，使得永磁体18布置成环绕所关注的破岩系统部件即钻杆1a的整个周界。
[0082]图9示意性地示出了第三磁化装置结构27的局部横截面端视图。为了清楚起见，在图9中未示出表示夹套25横截面的阴影线。在图9中，与图8相比，具有圆杆形状的环形永磁体18在支承结构19的夹套25中彼此相邻地布置，使得永磁体18布置成仅环绕所关注的破岩系统部件即钻杆1a的周界的一部分。
[0083]在图6至9的实施例中，存在布置成至少部分地环绕破岩系统的部件以将该破岩系统部件的至少部分布置成永久磁化状态的多个永磁体，即一个或多个永磁体。在图8和9的实施例中，杆形永磁体的横截面形状还可不同于圆形形状。
[0084]图10示意性地示出了第四磁化装置结构27的局部横截面端视图。为了清楚起见，在图10中未示出表示夹套25横截面的阴影线。图10的磁化装置结构27具有两个部分27'、27"，每个部分均包括支承结构19、永磁体18和具有半拱形状的测量传感器22。通过将各部分彼此抵靠放置，该两个部分27'、27"可例如通过使用接头铰链而彼此结合起来以形成具有圆形形式的一个磁化装置结构27。测量传感器22也可连接在一起。为了清楚起见，在图10中的部分27'、27"被示出在其之间具有一段小距离且在图10中没有示出接头铰链。图10的磁化装置结构27不仅可从部件的端部而且还可从部件的侧面绕破岩系统部件进行组装。
[0085]在图10的实施例中，一组两个永磁体布置在一起以形成周向结构，该周向结构是可打开的，以用于绕破岩系统的部件布置所述一组永磁体。在图10的实施例中，两个永磁体在实践中形成绕破岩系统部件布置的单个永磁体。此外，具有与周向结构不同的形状或形式的永磁体可布置成以某个方式可打开。此外，测量构件可布置成以与图10相关的说明所述的类似方式可打开。在磁化装置和/或测量构件的结构是可打开的时，其以使得能够放置在破岩系统附近或以至少部分地环绕破岩系统的方式可打开。其还可打开以维修和保养磁铁、磁化装置、破岩系统或破岩装置诸如钻机。
[0086]在图6至10的实施例中，如果夹套25由非导电材料制成，则永磁体18可由导电材料制成而不会对破岩动力的测量造成有害的恶化影响。
[0087]在图6至10的实施例中，磁化装置结构27提供或形成用于测量物体的磁性上的变化的测量仪器，该测量仪器包括:将该物体的至少部分布置成磁化状态的至少一个磁化装置；和测量描述响应于施加在该物体上的应力的物体的磁性上的变化的至少一个参数的至少一个测量构件，在图6至10的实例中，所述物体是钻杆10a。因此，测量仪器包括:将该物体的至少部分布置成磁化状态的至少一个磁化装置；和测量描述响应于施加在该物体上的应力的物体的磁性上的变化的至少一个参数的至少一个测量构件。磁化装置可例如是如上所述的永磁体18或如稍后所述的磁化线圈28或一个或多个永磁体18和磁化线圈28的组合。测量构件可例如是如上所述的测量线圈21或磁性传感器22。如上所述，例如在图10的实例和相关描述中，测量仪器的结构是可打开的。在该说明书的实例中，测量仪器用于测量破岩系统14的部件的磁性上的变化，但通常，所公开的测量仪器还可用于测量经受应力的其它部件的磁性上的变化。
[0088]在以上实例中，在用于测量破岩动力的该设备中，至少部分布置成永久磁化状态的兀件因此是永磁体，该永磁体的磁场则将破岩系统的部件的至少部分布置成永久磁化状态。可替代地，在用于测量破岩动力的该设备中，至少部分布置成永久磁化状态的元件还可以是破岩系统的部件，即，例如参照图11，是撞击机构5、撞击装置15、钻柄16、衰减装置17、破岩系统14的钻具9 (诸如钻杆10a、10b、1c和/或钻头11)，以及还有未在图11中示出的撞击机构5的框架结构5,。在破岩系统的部件的至少部分布置成永久磁化状态时，该部件本身布置成永久磁化状态，从而该部件本身具有磁性，测量该磁性的变化以基于该部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数。
[0089]图11公开了用作磁化装置的磁化线圈28，该磁化线圈28可用于将破岩系统的部件的至少部分布置成永久磁化状态。在图11的实例中，一个或多个磁化线圈28布置成环绕钻杆10a、钻柄16、衰减装置17和撞击装置15。一个或多个磁化线圈28还可布置成环绕撞击机构5的框架结构。在图11中，钻杆10a、衰减装置17和撞击装置15仅被一个磁化线圈28环绕，但它们还可被两个或更多个磁化线圈28环绕。磁化线圈28还能够以与图5的实例中的永磁体类似的方式插入设置在破岩系统部件中的空隙中。例如可如图4和5的实例所解释的那样测量破岩系统14的部件的磁性上的变化。
[0090]图11中的设备还包括电源29，电源29被构造用以通过由箭头30表示的连接来提供用于磁化线圈28的必要电力。电源29构造用以提供电磁脉冲以将破岩系统的部件的至少部分布置成永久磁化状态。电磁脉冲的长度、形状和幅度可以是固定的或可变的。基于破岩系统14的操作状态、基于测量构件的操作或基于破岩系统14的部件的磁性上的变化，可间隔地，例如以规则的间隔将破岩系统14的部件布置成永久磁化状态。此外，可在使用破岩系统14的部件之前将破岩系统14的该部件的至少部分布置成永久磁化状态。
[0091]当间隔地将破岩系统14的部件布置成永久磁化状态时，存在特定时段，在该时段之间提供磁化操作。该时段可涉及绝对时间、破岩时间、轮班持续时间等。所述间隔还可基于破岩操作诸如钻凿的距离、钻具9经受的撞击的次数、大体行进通过钻具9的撞击能量或能量等来限定。间隔还可用于使磁化操作至少在该间隔内发生。即，如果磁化操作在所限定的间隔期间没有发生，则执行磁化操作。
[0092]当基于破岩系统14的操作状态将破岩系统的部件布置成永久磁化状态时，可例如在撞击装置15的空闲状态期间诸如在连续撞击之间、多组撞击之间、在开始钻孔之时、在更换新的钻杆1a期间、在完成钻孔之时、在定位破岩系统以用于钻孔期间、在诸如凿岩钻机I的破岩系统或装置在破岩现场移动期间执行磁化操作。
[0093]当基于测量构件的操作将破岩系统14的部件布置成永久磁化状态时，可在测量构件的空闲状态期间或例如在观察到测量的质量受不合适的磁化状态影响时执行磁化操作。还可基于测量值或测量结果执行磁化操作。测量值或测量结果可从可能在破岩系统或测量系统外部的另外的传感器得到。
[0094]当基于破岩系统14的部件的磁性上的变化将破岩系统14的部件布置成永久磁化状态时，可在观察到永久磁化状态已变成不能够取得可靠测量信息的程度时执行磁化操作。
[0095]当在使用破岩系统中的部件之前将破岩系统的部件布置成永久磁化状态时，可例如在该部件的制造之后、在工厂或破岩系统的使用现场处将该部件组装到破岩系统之前、或在将该部件组装到破岩系统之后但在实际操作破岩系统之前，将该部件的至少部分布置成永久磁化状态。因此，该破岩系统的部件的至少部分可通过破岩系统外部的磁场布置成永久磁化状态。
[0096]可例如通过数据处理单元24控制磁化操作。
[0097]在图11的实例和以上相关说明中，通过仅使用磁化线圈28作为磁化装置将破岩系统的部件布置成永久磁化状态。然而，永磁体能够与磁化线圈28组合布置。还可能的是，如上所述，替代使用磁化线圈28，通过将永磁体布置在特定破岩系统部件附近，仅持续一个特定时段，仅使用永磁体将破岩系统的该特定部件布置成永久磁化状态。因此，同样可仅使用永磁体间歇地将破岩系统的部件的至少部分设置成永久磁化状态。
[0098]当破岩系统部件的至少部分被布置成永久磁化状态时，其中所述永久磁化状态必要时可激励，破岩系统部件自身提供磁性，所述磁性在基于该部件的磁性上的变化测量破岩动力的参数时被观察到。在该情况下，也不会在由于作用在破岩系统部件上的应力而导致的破岩系统的部件的磁性上的变化的测量中出现干扰，在现有技术的解决方案中出现所述干扰，现有技术的解决方案包括磁化线圈，该磁化线圈在测量破岩系统部件的磁性上的变化期间同时地磁化破岩系统部件。
[0099]根据实施例，磁化线圈28也可用作测量线圈。在该实施例中，磁化线圈28可用于提供电磁脉冲以将破岩系统部件布置成永久磁化状态并在该部件已被布置成永久磁化状态之后，即，在磁化线圈28不用于将破岩系统的该部件布置成永久磁化状态时，提供基于该部件的磁性上的变化的破岩动力的参数测量。
[0100]图12和13示意性地示出应力波的测量结果实例，图13是图12的测量的第一部分的更详细图示。在图12和13中，虚线表示由附接到破岩系统部件的应变计测量到的应力波。实线则表示当永磁体用于将该同一破岩系统部件布置成永久磁化状态时由测量线圈测量到的同一应力波。从图12和13能够看到，所提出的解决方案提供的应力波测量对应于应变计提供的测量，因为应变计直接固定到破岩系统部件，所以由应变计提供的该应力波测量可被认为完全遵循出现在破岩系统部件中的应力波。
[0101]以上公开的测量设备的实例涉及在破岩期间影响破岩系统的应力或应力波的测量，但该测量设备还可以以其它的方式用于测量破岩动力或相关参数。该测量设备还可用于其它现象或事件的确定诸如撞击频率或所破岩石的特征的确定，以及用于破岩系统或其部件的状态监测。
[0102]对本领域技术人员来说，显然，随着技术进步，本发明构思可以以各种方式实施。本发明及其实施例不限于上述实例，而是可在权利要求书的范围内改变。
【权利要求】
1.一种测量破岩动力的设备，所述设备包括: 破岩系统(14)的至少一个部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)，所述部件在破岩期间经受应力，以及 至少一个测量构件(21、22)，所述测量构件(21、22)用于基于所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数， 其特征在于: 所述设备包括至少一个元件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17、18)，所述元件的至少部分被布置成永久磁化状态，所述永久磁化状态在测量周期期间不需要利用外部磁源来维持。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，利用所述破岩系统(14)外部的磁场将所述元件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17、18)的至少部分布置成所述永久磁化状态。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述元件是永磁体(18)，所述永磁体(18)被布置用以将所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分设置成所述永久磁化状态。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述设备包括多个永磁体(18)，所述多个永磁体(18)被布置成至少部分地环绕所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16,17)。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，至少部分被布置成所述永久磁化状态的所述元件是所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)，。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述设备包括磁化装置(18、28)，所述磁化装置(18,28)用于将所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化状态。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述磁化装置(28)被构造用以提供电磁脉冲，用于将所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化状态。
8.根据权利要求6或7所述的设备，其中，所述磁化装置(18、28)被构造用以间隔地将所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化状态。
9.根据权利要求5至8中的任一项所述的设备，其中，在使用所述破岩系统(14)中的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)之前，将所述破岩系统(14)的所述部件(5、 、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化状态。
10.根据权利要求3、4、6、7、8或9所述的设备，其中，所述破岩系统(14)包括至少一个空隙(20)，至少一个永磁体(18)或磁化装置(18、28)被布置到所述空隙(20)中。
11.根据权利要求3、4、6、7、8、9或10所述的设备，其中，单个永磁体(18)、一组永磁体(18)或所述磁化装置(18、28)被布置用以提供至少部分周向的结构。
12.根据权利要求3、4、6、7、8、9、10或11所述的设备，其中，单个永磁体(18)、一组永磁体(18)或所述磁化装置(18、28)是可打开的。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)是钻具(9)、钻杆(10a、10b、10c)、钻头(11)、撞击机构(5)的部件诸如所述撞击机构(5)的框架结构(5')、撞击装置(15)、钻柄(16)、衰减装置(17)、适配器和联接套筒中的一个。
14.一种测量破岩动力的方法,所述方法包括:在破岩期间使破岩系统(14)的部件(5、5,、9、10a、10b、10c、15、16、17)经受应力，以及 基于所述部件的磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数， 其特征在于， 将所述破岩系统(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分被布置成永久磁化状态，所述永久磁化状态在测量周期期间不需要利用外部磁源来维持，以及基于至少部分被布置成所述永久磁化状态的所述部件的所述磁性上的变化来测量破岩动力的至少一个参数。
【文档编号】G01L1/12GK104236762SQ201410250032
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2013年6月7日
【发明者】麦卡·胡伊克拉, 托墨·皮理楠, 韦萨·乌伊托, 阿努阿尔·贝拉赫森, 托米·珀伊萨 申请人:山特维克矿山工程机械有限公司
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