脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置及测试标定方法与流程

本发明属于检测设备技术领域，具体涉及一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置。

背景技术：

随着石油钻井技术的发展，越来越多的钻并参数和地层评价参数需票被实时上传，对随钻测井中的数据传输率及误码率的要求也不断提高，需要传输速率更高，更为可靠的信号遥传系统。泥浆脉冲法是众多信息传输方式中较为可靠，应用最为广泛的传输方式。

一般来讲，高速率的脉冲发生器脉冲发生机构由转子和定子组成，转子的运动形式有旋转运动和往复运动。通常把转子往复运动的脉冲器称为摆动阀式脉冲器（摆动阀脉冲器的原理为：电机带动转子摆动，摆动阀剪切流体，产生压力脉动，在地表检测压力，经解调处理，获取井下信号），摆动阀式脉冲器因其传输速率快，精度高正在逐渐被油田服务公司采用。

由于在钻进过程中，地层的地质条件随钻进深度不同而变化，钻柱内的泥浆压力会产生波动，转子剪切流体时所受的水力转矩有波动，造成脉冲器对电机转矩和瞬时功率需求较大。

并下供电一是使用电池，二是使用涡轮发电机。考虑到功率消耗，摆动阅脉冲器的供电多采用涡轮发电机，所谓涡轮发电机，就是把流体能量转化为机械能，进而转化为电能，受温度、空间限制，目前成熟的涡轮发电机功率一般在300w左右。

对于技术人员来讲，要想提高数据传输速率，需要提高转子的摆动须率，同时还要考虑在提高摆动频率的同时，使转子摆动实际消耗的功率小，最大限度地控制井下仪器的功率，降低脉冲器功耗。需要增加扭簧扭转机构实现上述功能，而扭簧扭转机构提供的扭矩需要一套扭矩测矩仪进行标定。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置，通过第一扭矩传感器、第二扭矩传感器的设计，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置，包括安装基座；所述安装基座顶面固定连接有主框体，所述主框体内壁通过连接件安装有万向缓冲机构，所述万向缓冲机构端面通过连接件安装有一组呈矩形阵列分布的定位螺杆，一组所述定位螺杆表面分别安装有第一限位卡座和第二限位卡座，所述第一限位卡座和第二限位卡座相对表面之间卡接有驱动电机，所述驱动电机内部固定安装有输出主轴；

所述主框体内表面之间安装有横向丝杆驱动机构，所述横向丝杆驱动机构周侧面连接有横向移动座，所述横向移动座内表面之间固定安装有纵向丝杆驱动机构，所述纵向丝杆驱动机构周侧面连接有纵向移动座，所述纵向移动座端面固定安装有测定基台，所述测定基台表面分别安装有磁粉制动器、定位台和安装架，所述磁粉制动器轴心位置安装有联动主轴，所述联动主轴底端安装有万向联轴器，所述万向联轴器另一端与输出主轴固定连接；

所述定位台轴心位置固定安装有第一扭矩传感器，所述第一扭矩传感器测试端与联动主轴连接，所述联动主轴周侧面固定连接有传动主齿轮，所述测定基台端面还开设有两对称设置的限位导槽，所述测定基台表面通过限位导槽滑动连接有轴向微调座，所述测定基台表面转动连接有微调螺杆，所述微调螺杆周侧面与轴向微调座连接，所述测定基台表面还转动连接有施动轴，所述施动轴周侧面通过齿轮与微调螺杆传动连接；

所述安装架顶面转动连接有对称设置的联动副轴，两所述联动副轴周侧面均固定连接有从动副齿轮，两所述从动副齿轮周侧面均与传动主齿轮啮合，所述轴向微调座表面且对应两联动副轴的位置均固定安装有第二扭矩传感器，两所述第二扭矩传感器测定端均安装有测试联轴，两所述测试联轴与对应位置的联动副轴之间均安装有测定扭簧。

方案中需要说明的是：

第一扭矩传感器、第二扭矩传感器、位置传感器和编码器为现有技术的常用部件，采用的型号等均可根据实际使用需求定制；

作为一种优选的实施方式，所述万向缓冲机构包括连接基座，所述连接基座表面通过连接件与主框体固定连接，所述连接基座内表面之间固定安装有一组对称设置的导向横杆，一组所述导向横杆周侧面滑动连接有缓冲横座，一组所述导向横杆周侧面均套设有两对称设置且与缓冲横座配合的横向缓冲弹簧，所述缓冲横座内表面之间固定连接有一组对称设置的导向纵杆，所述连接基座与主框体连接处固定设置有减震胶垫。

作为一种优选的实施方式，一组所述导向纵杆周侧面滑动连接有缓冲纵座，一组所述导向纵杆周侧面均套设有两对称设置且与缓冲纵座配合的纵向缓冲弹簧，所述缓冲纵座端面与定位螺杆固定连接，所述导向纵杆轴线与导向横杆轴线的夹角为90°，两所述横向缓冲弹簧分别设置于缓冲横座两侧，两所述纵向缓冲弹簧分别设置于缓冲纵座两侧。

作为一种优选的实施方式，所述纵向丝杆驱动机构和横向丝杆驱动机构均包括传动电机、两导向主杆和传动螺杆，所述传动电机输出轴的一端与传动螺杆固定连接，所述纵向丝杆驱动机构处的传动电机底面与横向移动座固定连接，所述纵向驱动机构处的导向主杆和传动螺杆两端均与横向移动座连接，所述横向丝杆驱动机构处的传动电机底面与主框体固定连接，所述横向丝杆驱动机构处的导向主杆和传动螺杆两端均与主框体连接。

作为一种优选的实施方式，所述第一限位卡座和第二限位卡座呈对称设置，一组所述定位螺杆周侧面均螺纹连接有两与第一限位卡座和第二限位卡座配合的锁紧螺母，所述第一限位卡座为等边l状结构，所述第一限位卡座内壁固定设置有缓冲胶垫，所述第二限位卡座与第一限位卡座的结构特征相同。

作为一种优选的实施方式，所述传动主齿轮与从动副齿轮的规格相同，所述驱动电机设置于磁粉制动器正下方，所述第一限位卡座和第二限位卡座表面均开设有一组呈线性阵列分布的散热孔，所述安装基座表面固定设置有一组呈矩形阵列分布的定位安装孔。

作为一种优选的实施方式，所述驱动电机内部固定安装有编码器和位置传感器，所述主框体表面固定设置有集成控制柜，所述集成控制柜表面固定设置有显示屏和中控按键，所述第一扭矩传感器、第二扭矩传感器、磁粉制动器和驱动电机数据端均通过导线与集成控制柜电连接，所述集成控制柜内部内置有数据采集仪。

作为一种优选的实施方式，两所述限位导槽均为t型槽，所述轴向微调座表面固定设置有与限位导槽配合的滑块，所述施动轴端部固定安装有驱动手柄。

与现有技术相比，本发明提供的一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置，至少包括如下有益效果：

（1）本发明通过第一扭矩传感器、第二扭矩传感器的设置，使该装置能够精准实现脉冲发生器扭簧扭矩的测试标定作业，且测试作业时，该装置变传统的单一测量模式为多测量模式，通过多测量模式的实现，继而能够在测试作业时，建立多种对比参考值，通过对比参考值的建立，进而能够对测量数据进行快速校准，进而保证该装置测试标定时的准确性。

（2）本发明通过横向丝杆驱动组件、纵向丝杆驱动组件和轴向微调座的设计，能够高效实现测量时的调节作业，通过多向调节作业的实现，从而有效提高该装置的实用性和通用性，通过万向缓冲机构的设计，则能够充分保证驱动电机运行时的稳定性，且通过万向缓冲机构与万向联轴器的配合，能够有效降低振动向测试机构的传递率，继而能够降低该装置的测量偏差。

附图说明

图1为一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置的结构示意图；

图2为纵向丝杆驱动机构、横向移动座和安装架的结构示意图；

图3为第一限位卡座、第二限位卡座、驱动电机和输出主轴的结构示意图；

图4为连接基座、横向缓冲弹簧和定位螺杆的结构示意图；

图5为缓冲横座、缓冲纵座和横向缓冲弹簧的结构示意图；

图6为图5中a处的局部放大图；

图7为测定基台、施动轴、限位导槽、联动副轴和测试联轴的结构示意图；

图8为主框体、横向丝杆驱动机构和纵向丝杆驱动机构的结构示意图。

图中：1、安装基座；2、主框体；3、万向缓冲机构；4、定位螺杆；5、第一限位卡座；6、第二限位卡座；7、驱动电机；8、输出主轴；9、横向丝杆驱动机构；10、横向移动座；11、纵向丝杆驱动机构；12、纵向移动座；13、测定基台；14、磁粉制动器；15、定位台；16、安装架；17、联动主轴；18、万向联轴器；19、第一扭矩传感器；20、传动主齿轮；21、限位导槽；22、轴向微调座；23、微调螺杆；24、施动轴；25、联动副轴；26、从动副齿轮；27、第二扭矩传感器；28、测试联轴；29、测定扭簧；30、连接基座；31、导向横杆；32、缓冲横座；33、横向缓冲弹簧；34、导向纵杆；35、缓冲纵座；36、纵向缓冲弹簧；37、锁紧螺母；38、散热孔；39、定位安装孔；40、集成控制柜。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述。

以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的保护范围。实施例中的条件可以根据具体条件做进一步的调整，在本发明的构思前提下对本发明的方法简单改进都属于本发明要求保护的范围。

请参阅图1-8，本发明提供一种脉冲发生器扭簧扭矩测试标定装置，包括安装基座1；安装基座1顶面固定连接有主框体2，主框体2内壁通过连接件安装有万向缓冲机构3，万向缓冲机构3端面通过连接件安装有一组呈矩形阵列分布的定位螺杆4，一组定位螺杆4表面分别安装有第一限位卡座5和第二限位卡座6，第一限位卡座5和第二限位卡座6相对表面之间卡接有驱动电机7，驱动电机7内部固定安装有输出主轴8；第一限位卡座5和第二限位卡座6用于对驱动电机7进行限位，万向缓冲机构3设置的作用在于在驱动电机7工作时，对驱动电机7进行万向减震，通过万向减震效果的实现，从而有利于提高本装置测试时的稳定性；同时通过定位螺杆4的设置，能够在z轴方向改变驱动电机7的布设位置，从而便于测试机构进行测量作业；

主框体2内表面之间安装有横向丝杆驱动机构9，横向丝杆驱动机构9周侧面连接有横向移动座10，横向移动座10内表面之间固定安装有纵向丝杆驱动机构11，纵向丝杆驱动机构11周侧面连接有纵向移动座12，纵向移动座12端面固定安装有测定基台13，横向丝杆驱动机构9和纵向丝杆驱动机构11设置的作用在于从横纵两个方向改变测试机构的位置，通过上述位置的改变，从而使测试机构的位置与驱动电机7输出主轴8的位置对应；

测定基台13表面分别安装有磁粉制动器14、定位台15和安装架16，磁粉制动器14轴心位置安装有联动主轴17，联动主轴17底端安装有万向联轴器18，万向联轴器18另一端与输出主轴8固定连接；当第一扭矩传感器19和第二扭矩传感器27任意一个检测到扭矩值超过安全峰值时，集成控制柜40中的控制器控制磁粉制动器14工作，继而对驱动电机7的输出主轴8进行制动，继而保证驱动电机7运行时的安全性，磁粉制动器14为现有机构，其工作原理均已被现有文件所公开，此处不再赘述；

定位台15轴心位置固定安装有第一扭矩传感器19，第一扭矩传感器19测试端与联动主轴17连接，联动主轴17周侧面固定连接有传动主齿轮20，测定基台13端面还开设有两对称设置的限位导槽21，测定基台13表面通过限位导槽21滑动连接有轴向微调座22，测定基台13表面转动连接有微调螺杆23，微调螺杆23周侧面与轴向微调座22连接，测定基台13表面还转动连接有施动轴24，施动轴24周侧面通过齿轮与微调螺杆23传动连接，微调螺杆23设置的作用在于对轴向微调座22的位置进行轴向微调；通过对轴向微调座22的微调，一方面便于对不同规格的测定扭簧29进行测定，另一方面便于对第二扭矩传感器27进行校零作业；

安装架16顶面转动连接有对称设置的联动副轴25，两联动副轴25周侧面均固定连接有从动副齿轮26，两从动副齿轮26周侧面均与传动主齿轮20啮合，轴向微调座22表面且对应两联动副轴25的位置均固定安装有第二扭矩传感器27，两第二扭矩传感器27测定端均安装有测试联轴28，两测试联轴28与对应位置的联动副轴25之间均安装有测定扭簧29。

第一扭矩传感器19、第二扭矩传感器27、位置传感器和编码器为现有技术的常用部件，采用的型号等均可根据实际使用需求定制；

万向缓冲机构3包括连接基座30，连接基座30表面通过连接件与主框体2固定连接，连接基座30内表面之间固定安装有一组对称设置的导向横杆31，一组导向横杆31周侧面滑动连接有缓冲横座32，一组导向横杆31周侧面均套设有两对称设置且与缓冲横座32配合的横向缓冲弹簧33，缓冲横座32内表面之间固定连接有一组对称设置的导向纵杆34，连接基座30与主框体2连接处固定设置有减震胶垫。

一组导向纵杆34周侧面滑动连接有缓冲纵座35，一组导向纵杆34周侧面均套设有两对称设置且与缓冲纵座35配合的纵向缓冲弹簧36，缓冲纵座35端面与定位螺杆4固定连接，导向纵杆34轴线与导向横杆31轴线的夹角为90°，两横向缓冲弹簧33分别设置于缓冲横座32两侧，两纵向缓冲弹簧36分别设置于缓冲纵座35两侧。

纵向丝杆驱动机构11和横向丝杆驱动机构9均包括传动电机、两导向主杆和传动螺杆，传动电机输出轴的一端与传动螺杆固定连接，纵向丝杆驱动机构11处的传动电机底面与横向移动座10固定连接，纵向驱动机构处的导向主杆和传动螺杆两端均与横向移动座10连接，横向丝杆驱动机构9处的传动电机底面与主框体2固定连接，横向丝杆驱动机构9处的导向主杆和传动螺杆两端均与主框体2连接。

第一限位卡座5和第二限位卡座6呈对称设置，一组定位螺杆4周侧面均螺纹连接有两与第一限位卡座5和第二限位卡座6配合的锁紧螺母37，第一限位卡座5为等边l状结构，第一限位卡座5内壁固定设置有缓冲胶垫，第二限位卡座6与第一限位卡座5的结构特征相同，锁紧螺母37设置的作用在于限定或调节第一限位卡座5和第二限位卡座6的位置。

传动主齿轮20与从动副齿轮26的规格相同，通过传动主齿轮20与从动副齿轮26的规格设置，从而使联动主轴17能够与联动副轴25同速工作，且通过上述规格设置，能够使联动主轴17和联动副轴25的角速度相同；

驱动电机7设置于磁粉制动器14正下方，第一限位卡座5和第二限位卡座6表面均开设有一组呈线性阵列分布的散热孔38，安装基座1表面固定设置有一组呈矩形阵列分布的定位安装孔39，安装时，定位安装孔39处安装连接件，从而对安装基座1进行定位。

驱动电机7内部固定安装有编码器和位置传感器，编码器和位置传感器设置的作用在于监测驱动电机7的转子旋转角度，通过对驱动电机7转子旋转角度的测定，进而可测得测定扭簧29的旋转角度，测试时，以第二扭矩传感器27的扭转角度为横坐标，以数据采集仪显示的扭矩值为纵坐标，绘出扭转角度与测得扭值变化的关系曲线，在扭长度一定的情况下，得到该直线的斜率，可简单理解为扭簧的刚度系数，且使用时，通过两个测定扭簧29的设置，能够对测得的数值进行校准，安装时测定扭簧29的两端铰接于对应的轴上，进而方便对测定扭簧29扭转角度的测量。

主框体2表面固定设置有集成控制柜40，集成控制柜40表面固定设置有显示屏和中控按键，第一扭矩传感器19、第二扭矩传感器27、磁粉制动器14和驱动电机7数据端均通过导线与集成控制柜40电连接，集成控制柜40内部内置有数据采集仪，集成控制柜40内部还固定安装有用于控制该机构运转的plc控制器，plc控制器通过对编码器的控制以控制驱动电机7的旋转角度。

两限位导槽21均为t型槽，轴向微调座22表面固定设置有与限位导槽21配合的滑块，施动轴24端部固定安装有驱动手柄。

使用前，将驱动电机7如图1所示安装于第一限位卡座5与第二限位卡座6之间，安装后，通过对横向丝杆驱动机构9和纵向丝杆驱动机构11的控制使联动主轴17的位置与驱动电机7输出主轴8的位置对应，对应后，通过万向联轴器18将联动主轴17和输出主轴8连接为一体，安装完毕后，如图1所示状态安装测定扭簧29，测定扭簧29安装完毕后，应通过对轴向微调座22的调节，使第二扭矩传感器27的监测数值为0，同时测试前，同样应对第一扭矩传感器19进行校零作业，测试作业时，集成控制柜40中的控制器控制驱动电机7中的编码器工作，位置传感器用于向集成控制柜40实时反馈驱动电机7输出轴的旋转角度，

如图1所示安装两个测定扭簧29，测试时，以第二扭矩传感器27的扭转角度为模坐标，以数据采集仪显示的扭矩值为纵坐标，绘出扭转角度与测得扭值变化的关系曲线，在扭长度一定的情况下，得到该直线的斜率，可简单理解为扭簧的刚度系数，且使用时，通过两个测定扭簧29的设置，能够对测得的数值进行校准和对比参照，第一扭矩传感器19用于作为驱动电机7的输出值参照。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。