深度測定設備的製作方法

2024-03-22 14:24:05

專利名稱：深度測定設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於測定所感興趣的地形的深度或高度的設備。該設備適用於確定井眼或爆破作業中所採用的鑽孔的深度，不過，該設備可被用於確定其它地形的深度或高度。
背景技術：
許多作業需要精確測定特定地形的深度或高度。一種這樣的作業是例如發生在採礦或建築範圍內的爆破。在鑽眼爆破作業中，在鑽孔中填充了隨後要被引爆的裝藥或爆炸物。為了保證安全有效的爆破作業，能夠相對高度精確地測量井眼深度是重要的。需要有井眼深度以便計算所需要的爆炸物量和可能的爆破效果。此外，在鑽眼爆破正被用於例如露出煤層的情況下，鑽設出具有已知的準確深度的孔眼是重要的。 用於測量這樣的孔眼深度的一種簡單方式是將配重固定到一段測量帶子的末端並允許配重落入孔眼中。最後在地表從該帶子上讀出孔眼深度。但這樣的方法有許多不利之處。例如在使用過程中，帶子摩擦地面，並且在反覆使用後，測量標記終會變得模糊不清。帶子(相對昂貴的零部件)必須隨後被丟掉。而且，帶子本身可能體積龐大並且難以操作，尤其當正在測量相對深的孔眼時(至少20米深)。作為替代方式，配重可以被綁縛到未作標記的線繩上，線繩可以被丟下孔眼中。放出的線繩長度可以被測量以確定孔眼深度。但這種做法也帶來許多困難。例如需要保護線繩免受磨蝕性塵土和髒物的影響，否則線繩將會毀壞並很快繃斷。也必須獲得一種測量放出線繩的可靠方式，該線繩將不會被汙垢弄髒並提供簡單野外操作方式。通常採用具有細小齒輪傳動機構用於人工讀數的測量鼓，它們快速變髒並無法工作。電子測量手段經常使用光學照相傳感器，它對灰塵和汙垢的耐受性也有限。此外，聚團現象或線繩過度放出現象是一個問題。這發生在配重碰到孔底面但保持線繩的捲軸因為其轉動動量而繼續旋轉時。這造成線繩超過所需量地被放出，因為配重已經穩穩地呆在孔底面。這不僅可能導致不精確的測量結果，而且通常導致可能無法解開的線繩大量纏結。對於許多井，無法讓使用者在進行測量時直接就位在井的上方。這可能是因為在鑽設過程中從井中抽排出的碎屑堆積在井邊周圍和/或因為井口周圍的表面不穩定。因此，使用者將通常需要離井口一段距離站立並投入線繩，這可能需要相對高的手動操作協調性。在拋投動作中，測量不精確性被引入(因為不知道使用者距井口的距離)並且增大了線繩打結或纏結的潛在可能性。某些孔眼可能在底面上有水或泥巴，而除了孔眼整體深度外還確定在孔底的水或泥巴的深度通常是重要的。為了做到這點，操作人員一般讓帶子在他或她的手中抖顛起來，以感覺水或泥巴的阻力和空氣阻力之間的轉變。這要求相對重的大塊配重，以便操作人員能夠感覺到懸在空氣中的帶子/配重和懸浮在水中的帶子/配重之間的差異。帶子本身的重量和剛性可能增加水面檢測的難度。雖然檢測水面是困難的，但這是在露天採礦業中建立的當前做法。因為存在上述的難點，因此所記錄下的水面高度測量結果經常只是最佳的猜測結果，而不是精確測量結果。大多數的(如果不是全部)操作/測量是人工完成的，大捆的帶子意味著它通常相當重且難以擺弄/操作。但在某些情況下，帶子可以連接到絞盤或類似機構上，以允許帶子容易從孔眼中收回。但這可能也帶來一些問題。在收回過程中，帶子從井和周圍環境收集到的外來物質(塵土、粘土、泥巴等)被帶子拽入絞盤工作區，這可能又導致操作故障。絞盤的笨重也造成操作困難，因為它加速了疲勞並且可能有絆倒危險。雖然上述問題中的一些問題可以在一定程度上通過富有經驗的操作者得以緩解，但需要具有經驗的操作者來決定所有爆破孔眼的深度本身就可能成問題。如果一個工作隊中只有一、兩個人具有始終如一地精確測量井深的經驗，則這可能造成作業的顯著延緩。人們已經在嘗試更複雜的自動化測量方法。這些方法包括使用雷射器和回聲定位來確定孔眼深度。雖然在技術上並非無法實現，但這些方法具有非常具體的作業要求 ，意味著使用者將不得不是非常熟練的並且還得在設備操作時小心謹慎。雷射型裝置和聲納型裝置需要射束(光或聲)非常小心地對準孔眼軸線並且這些裝置對在孔眼中的露頭巖層或碎屑非常敏感，該露頭巖層或碎屑可能錯誤地表示孔底面。因此當獲得讀數時，讀數精度有時存在著相當高的不確定性，這些讀數不得不參照其它信息如期望的孔眼深度來評估。此外，光學系統和聲學系統都在區分泥巴和水方面有困難，並且不能簡單確定孔眼的真實深度或泥巴或水的深度。提供一種克服或改善上述問題中的至少一個問題的深度測量設備將是符合期望的。或者，給客戶提供有用的設備將會是符合期望的。在說明書中提到任何現有技術不是且也不應被認為是承認或以任何形式提出該現有技術構成在澳大利亞或任何其它管轄區域內的公知常識，或者不是且也不應被認為是承認或以任何形式提出能合理預期該現有技術被本領域技術人員查明、理解和認定為相關。發明概述在第一方面，本發明提供一種深度測定設備，包括用於容納一段線繩的可轉動的捲軸，線繩的自由端適於容納配重；空心細長導杆組件，該線繩通過該空心細長導杆組件被放出和收回；用於測量通過空心細長導杆被放出和/或收回的線繩長度的測量機構；至少用於通過該空心細長導杆收回線繩的驅動機構。該深度測定設備可以進一步包括主控制器，該測量機構可包括適於向主控制器發出代表已被放出和/或收回的線繩長度的信號的傳感器組。該主控制器可適於控制該驅動機構。該可轉動的捲軸可以裝在筒盒組件內並且該空心細長導杆組件可被連接到該筒盒組件上。 該深度測定設備可以由可分離的電力組件來提供電力。可分離的電力組件可以由電池組來提供。該電池組可以形成用於攜載該深度測定設備的束帶裝置的一部分。在第二方面，本發明提供一種可分離地安裝到驅動控制單元上的筒盒和空心細長導杆組件，該筒盒組件包括可轉動地安裝在筒盒組件內且適於容納一段線繩的捲軸，線繩的自由端適於攜載配重；驅動連接機構，它適於可分離地連接至該驅動控制單元的驅動組件，該驅動組件用於驅動該捲軸以便通過空心細長導杆地放出和收回該線繩。該筒盒和空心細長導杆組件可以包括用於測量通過空心細長導杆被放出和/或收回的線繩長度的測量機構。該測量機構可以包括適於發出代表已被放出和/或收回的線繩長度的信號的傳感器組。在本發明的第一方面和/或第二方面中該空心細長導杆組件可以包括至少一個空心柔性部段，該空心柔性部段允許該細長導杆組件的遠端與可轉動的捲軸無關地被操縱。該空心細長導杆組件的空心柔性部段可以包括彈簧，線繩通過該彈簧被放出和收回。該彈簧可以被套筒覆蓋。該至少一個空心柔性部段可以基本上是空心細長導杆組件的長度。 該空心細長導杆組件可進一步包括空心剛性部段，線繩通過該空心剛性部段被放出和收回，該剛性部段位於所述至少一個空心柔性部段中的至少一個和可轉動的捲軸之間。該空心剛性部段可以是可伸縮的或者以其它方式可伸長的。該傳感器組可以包括如此安裝的可轉動的編碼器輪，當線繩被放出或收回時，線繩的運動造成編碼器輪轉動，並且該傳感器組被構造呈檢測該編碼器輪的轉動。該編碼器輪可如此布置，它只在線繩在由配重提供的拉力下被放出或收回時轉動。該傳感器組可被構造成計數該編碼器輪的整圈和幾分之一圈之一。編碼器輪上可裝有磁體，該磁體隨編碼器輪轉動，該傳感器組可以通過檢測磁場變化來檢測編碼器輪的運動。該驅動機構可以包括用於使該捲軸轉動以便線繩經過該空心細長導杆組件放出和收回的驅動組件。該驅動組件可以是步進電動機。該空心細長導杆組件可以在接頭處被連接到筒盒組件上，該接頭允許該空心細長導杆組件相對於筒盒組件的樞轉運動和/或旋轉運動。該接頭可以是球窩接頭。線繩上可以裝有浮標組件，該浮標組件可相對於線繩移動。該浮標組件可適於提供可聽見的和/或可觸感的反饋以允許測定水位高度。浮標組件可以包括具有一個或多個進水孔和一個或多個透氣孔的空心體，所述的進水孔和透氣孔允許該空心體部分地充填水。浮標組件可以包括用於檢測何時配重緊鄰浮標組件且何時配重與浮標組件分開的浮標傳感器。浮標傳感器可以是磁簧開關，它檢測在配重上是否存在磁體。浮標組件可以記錄下何時配重與浮標組件分開和何時配重重新接合浮標組件的時戳。該線繩和/或浮標可以配備有孔內傳感器。孔內傳感器可適於傳輸感測的數據。孔內傳感器可以是溫度傳感器，感測的數據可以是溫度。 該接頭可以被構造成允許細長導杆相對於筒盒組件做樞轉運動。該接頭可被進一步構造用於限制細長導杆的樞轉運動範圍以防止線繩所穿過的接頭的通道被堵塞。該細長導杆組件的遠端可以配備有保護件，線繩經過該保護件被放出和收回。
該細長導杆組件可以可拆下地安裝到該深度測定設備上。在另一個方面，本發明提供一種與深度測定設備連用的浮標組件。在另一個方面，本發明提供一種與深度測定設備連用的電力組件。在另一個方面，本發明提供一種與深度測定設備連用的傳感器組。
附圖簡介現在將參照附圖來描述本發明的優選實施例，其中圖IA示出根據本發明的實施例的深度測定設備的透視圖；
圖IB示出圖IA所示設備的部分前側視圖；圖IC示出圖IA所示設備的部分後側視圖；圖2示出圖I所示設備的組成部分處於分解狀態的透視圖；圖3A示出圖I所示設備的主體組件的分解透視圖；圖3B示出圖3A的主體組件的底側的透視圖；圖3C示出與圖I的主體組件連用的貼花紙的平面圖；圖4A示出圖I所示設備的筒盒組件的分解透視圖；圖4B示出圖I所示設備的筒盒組件的截面圖；圖5A示出適合與圖I所示設備連用的電源組件的透視圖；圖5B示出適合與圖I所示的設備連用的替代的電源組件的分解透視圖；圖6示出圖I所示的導杆組件的透視截面圖；圖7示出圖I所示設備的筒盒組件的沿圖IC的線A-A截取的截面平面圖；圖8A示出適合與圖I的深度測定設備連用的替代的導杆組件的側視圖，導杆組件如圖所示處於伸出形態； 圖8B示出圖8A的導杆組件處於回縮形態的透視圖；圖8C示出圖8A的導杆組件的分解透視圖；圖9A和9B示出適合與圖I的深度測定設備連用的另一替代的導杆組件的透視圖；圖IOA示出適合與圖I的深度測定設備連用的浮標組件的透視圖；圖IOB示出圖IOA的浮標組件的正投影視圖；圖IOC示出圖IOA的浮標組件沿圖IOB的線A-A所截取的正投影截面圖。實施例具體說明本發明涉及可被用於許多應用場合的深度測定設備。一個特定的但非限定性的應用場合是使用該設備來測量鑽井和爆破作業中所採用的孔眼或井的深度，這種特定應用將被用於描述該設備的應用。但是，該設備可以被用在許多其它工作中並被用來測量許多其它地形的深度/高度。通過非限定性例子，本發明可以被用於測量井、孔眼、坑、裂縫、洞穴、裂隙、峽谷、建築物、懸崖、瀑布等的高度/深度。本發明也可以被用在水上環境中，例如用於測定需要相對精確的讀數的海床或河床的深度。

圖1A、圖IB和圖IC分別提供根據本發明實施例的深度測定設備100的透視圖、前視圖和側視圖。深度測定設備100包括主體組件102、筒盒組件104、電源組件106(由肩帶107攜掛)和導杆組件108。
如圖2所示，在本發明的這個實施例中，主體組件102、筒盒組件104和電力組件106是互連組件，它們可以被最終用戶裝卸。在某些實施例中，筒盒組件104和導杆組件108也可設置成由最終用戶組裝/拆卸。通過非常總體的概覽，深度測定設備100的導杆108在使用中被安放在被測地形(如井)的邊緣上方。隨後，深度測定設備100被操作以便經過導杆108放出線繩110(線繩110上裝有配重112)，直到裝有配重的線繩110落位到井底面。當配重112到達井底面時，深度測定設備100操作以主動制動線繩110(或確切的說是其上繞有線繩110的捲軸424)，由此減小聚團/放線過多的可能性。隨後，深度測定設備100被操作以收回線繩110。在本實施例中並且如圖所示，設備100也包括浮標組件114，線繩110也穿過該浮標組件。如果在被測地形的底部上有水/泥巴(例如在井底上)，則浮標組件114允許測量出遇水深度以及井的絕對深度(即水/泥巴的底面)。深度測定設備100計算已被放出的線繩110長度(在放出線繩時或收回時)，向使 用者顯示出計算長度並且將該計算長度存儲在深度測定設備100的存儲器內(和/或傳輸計算長度至外部裝置)。轉向圖3A-3C，將具體描述主體組件102。該主體組件包括上主殼體302和下主殼體304。這些殼體302和304由堅固耐用的塑料材料像例如聚碳酸酯或聚碳酸酯摻混材料注射模製而成。上主殼體和下主殼體302、304可以通過多個螺絲306緊固在一起，這些螺絲穿過在上主殼體302內的孔308，進入在下主殼體304中形成的互補安設的內孔310中。主體組件102還包括當上主殼體和下主殼體302、304固定在一起時在兩者之間被壓縮的橡膠密封311，用於幫助保持灰塵和其它外來物質處於主體組件102之外。上主殼體302包括缺口 312，可透過該缺口看到顯示器(如下所述)，還包括允許空氣流入主體組件102的後腔的格柵313。上主殼體302還包括呈貼花紙314形式的面板。以下還要描述貼花紙314，但它包括以對準缺口 312的方式定位的透明窗316和許多使用者操作按鍵。貼花紙314遮蓋住螺絲306並且可以配設有任何期望的細節如商標或標識、操作信息/說明等。貼花紙314可以卡合就位在上主殼體302上，或者如果需要，它可以通過其它的緊固/粘結手段被固定就位。上主殼體302配備有前接合點318，它在主體102組裝時對準下主殼體304上的接合點320。主體組件102還包括板321 (在這裡由不鏽鋼製成)，該板被固定在上主殼體和下主殼體302、304之間，板321的一部分延伸超出上主殼體和下主殼體302、304的周邊。箍帶或類似件可以通過前接合點318、320和板321被連接到主體組件102上。在上主殼體和下主殼體302、304之間，主體組件102還裝有驅動組件，在此特定實施例中驅動組件是步進電動機322。步進電動機322被安裝到下主殼體304 (通過位於適當安設的內孔中的螺絲)。步進電動機322包括軸326，該軸在主體組件102組裝時穿過在下主殼體304內的軸孔328並被固定到驅動花鍵軸330上。設有密封唇332來密封軸孔328。主體組件102也裝有主體控制器338。在這裡，主體控制器338是包括訪問存儲器的微控制器的印刷電路板(PCB)，該主體控制器與步進電動機322和顯示器336相連並控制它們。在此情況下，顯示器336是IXD屏並且被主體控制器338控制。該步進電動機由主體控制器338通過步進電動機驅動板334來控制。步進電動機驅動板334獲得通過電力控制板347被增壓至最佳電壓水平的電力。電力控制板347也提供電力給主體控制器338。主體控制器338也控制深度測定設備100的功能方面，例如監視線繩110的長度、在顯示器336上顯示數據、從用戶接口接收用戶輸入(即下述貼花紙314上的按鍵)和用於與外部裝置通訊(以有線或無線方式)。適於與主體控制器338連用的微控制器是ARM Cortex晶片。也設有筒盒連接器335，它提供在主體組件102和筒盒組件104 (尤其是主體控制器338和筒盒控制器422)之間的電氣連接。主體組件102還包括散熱片345，其例如是鋁散熱片。散熱片345由板321容納並且插入形成於下主殼體304內的凸肩349中。這在主體組件後腔(經下主殼體304內的格柵351、353和上主殼體302內的格柵313通向大氣)和主體組件102的裝有主體組件102的其它組成部分的主腔之間提供了有效密封。主體組件102還包括電動機驅動板334，它通過散熱板324並與散熱板接觸地安裝到下主殼體304上。由捲軸424在筒盒組件104內轉動所產生的氣流(如下描述)掠過主體組件102的底面/背面並掠過電動機散熱片345 (穿過格柵351、353和313)並從電動機帶走熱。該、空氣流動越過主體組件102的外表面並穿過主體組件102的背面地進行，主體組件102的中心腔保持封閉和基本上氣密。轉向圖3C，將描述貼花紙314。如圖所示，貼花紙314包括許多按鍵，這些按鍵允許使用者與深度測定設備100相互作用。在本實施例中，貼花紙314提供九個按鍵·上按鍵350，它在被操作時收回線繩；·下按鍵352，它在被操作時放出線繩； 輸入按鍵354，它具有根據操作模式的場景感應功能。例如，在啟動深度測定設備100之後，輸入按鍵354被初次操作，它被編程以將深度測定設備100調歸零位。輸入按鍵354下次被操作，設備100將進行深度測量。輸入按鍵354的操作可以通過由其它菜單按鍵選擇不同的操作來改變；·菜單按鍵356，它允許像配置藍牙通訊這樣的導航選項； 左功能按鍵358，它是可軟體限定的特殊功能按鍵，可被用作捷徑按鍵。例如，左功能按鍵可被構造成傳輸深度讀數；·右功能按鍵360，它可以是像左功能按鍵358那樣的可配置的捷徑按鍵；·第一特殊功能按鍵362。這例如可以被用於上翻瀏覽菜單項；·第二特殊功能按鍵364。這例如可以被用於下翻瀏覽菜單項；·電源按鍵366，用於切換接通和關斷深度測定設備100。下主殼體304裝有兩個釋放按鍵344、346，它們在主體組件102組裝好並已安裝到筒盒組件104時可被使用者操作來使筒盒組件104脫離主體組件102。釋放按鍵344、346彈簧安裝在主體組件102內並且均包括用於與在筒盒組件104上的對應的扣爪410接合的孔 368。深度測定設備100由(下述)電源供電，該電源通過電源連接器340連接至主體控制器338。如圖3B所示，當主體組件102被組裝時，電源連接器340可經過下主殼體304來接近，以允許連接到電源上。轉向圖4A和4B，將描述深度測定設備100的筒盒組件104。筒盒組件104包括上筒盒外殼402和下筒盒外殼404，它們在這裡也是由堅固的塑料材料如聚碳酸酯/聚碳酸酯摻混物注射模製而成的。當組裝時，上筒盒外殼402通過多個螺絲406被擰入下筒盒外殼404中，這些螺絲穿過在下筒盒外殼404內的多個孔407 (某些被遮住)並且位於在上筒盒外殼402內的互補安設的內孔(被遮住)中。上筒盒外殼402包括一對扣爪410，它們具有傾斜表面412和凸肩414。扣爪410的形狀允許其與下主殼體304中的釋放按鍵344、346相接合。扣爪410和釋放按鍵344、346允許上筒盒外殼402 (因而在組裝好時，允許筒盒組件104)可分離地連接到主體組件102 上。在上筒盒外殼和下筒盒外殼402、404之間，筒盒組件104中裝有筒盒組件控制器422 (它在深度測定設備100組裝好時通過筒盒控制通訊開口 420連接到主體控制器338)、捲軸424和傳感器組423 (在這裡是編碼器輪組件)。筒盒捲軸424由上捲軸件464和下捲軸件425構成，它們通過多個螺絲緊固在 一起，這些螺絲穿過在下捲軸件425內的多個孔且擰入在上捲軸件464內的互補安設的內孔(大部分被遮住)中。在組裝時，捲軸424落座在片簧428上，片簧被螺釘固定在下筒盒外殼404上。當筒盒外殼104被固定到主殼體102上時，花鍵軸330 (如將會如曾提起的那樣被固定到步進電動機322的軸326上)與齒468相嚙合，所述齒設置在捲軸468的下半部的主軸425內，允許步進電動機322控制捲軸424的轉動。在本實施例中(並且當筒盒組件104安裝到主體組件102上時)，主體組件驅動花鍵軸330接合筒盒捲軸齒468並直接驅動捲軸424。這種直接驅動機構相對高效安靜，在某些情況下比齒輪傳動系統不易髒汙和損壞。但如果需要，驅動花鍵軸330和筒盒捲軸468的連接機構可以具有齒輪機構。捲軸件464的上側形成有凸肋427，它們既用於增強在捲軸424轉動時的空氣流動，也阻止在筒盒組件104與主體組件102分離時的捲軸424轉動。當筒盒組件104與主體組件102接合時，驅動花鍵軸330嚙合捲軸424的齒468，在筒盒組件104內下壓捲軸424。片簧428通過此動作被壓縮，並且解除了在捲軸424頂面上的凸肋427與上筒盒外殼402內表面的捲軸接合特徵(未示出)的相互幹涉。這使得捲軸424能在被電動機322驅動時自由轉動。在使筒盒組件104脫離開主體組件102時，片簧428將捲軸424向上推抵靠到上筒盒外殼402的內表面。這造成捲軸424上的凸肋427接合在上筒盒外殼402內表面上的捲軸接合特徵，其與凸肋427的相互幹涉而阻止捲軸424轉動。在筒盒組件104脫離主體組件102時阻止捲軸424轉動防止了當筒盒組件104正被存放或運送而未連接到主體102時線繩110從筒盒組件104中被不小心放出。凸肋427也像扇葉那樣動作並且如上所述將風吹向主體組件102的底側。由捲軸424轉動產生的氣流穿過散熱片345的翅片，這幫助主體組件102(和裝於其中的零部件)的冷卻。在本實施例中，傳感器組423是一個安裝在筒盒組件104內的獨立子組件。傳感器組423包括編碼器輪426、低摩擦襯套457、軸459、磁體462和筒盒控制器422 (包括磁性編碼器晶片)，它們裝在上編碼器外殼450和下編碼器外殼455之間。作為獨立的子組件，傳感器組423 (負責在設備100使用中測量被放出/收回的線繩長度)可以與筒盒組件102的其餘部分分開地被組裝和測試。使傳感器組423作為獨立子組件也允許編碼器輪426相對於筒盒控制器422的重要對準得以保持，與此同時，允許傳感器組423在被插入主單元102時有一定的位移。這幫助主體組件102和筒盒組件104之間的連接。因為傳感器組423能在筒盒組件104中移動，所以，在筒盒控制器422上的管腳中的通訊電力接口可以與主單元上的連接器335相接合，不用因為驅動花鍵軸330和齒468的相對位置而處於受力狀態。這使得需補償的失配最小化，而這又提供了更高的可靠性並更好地保證了編碼器輪426和捲軸424的自由運轉。編碼器輪426具有被插入其底面中的低摩擦襯套457，這允許編碼器輪426在不鏽鋼軸459上自由轉動。軸459被固定到下編碼器外殼455中。徑向磁化的圓柱形磁體462被裝配到編碼器輪426的頂面中，編碼器輪的轉動(當輪426轉動時)通過安裝在筒盒控制器422上的磁編碼器晶片來監視。磁體462對準筒盒控制器422上的編碼器晶片是重要的。為了促成這種對準，筒盒控制器422可靠地就位在編碼器組件423的上編碼器外殼450內。上編碼器外殼和下編碼器外殼450、455通過多個螺絲緊固在一起，這些螺絲穿過下編碼器外殼455內的多個孔(被遮住)並且抒入上編碼器外殼450上的互補的內孔中。上編碼器外殼450也包括導套420用於允許在筒盒控制器422上的連接管腳與在主體組件102上的主連接器335容易接合。在使用中(並且在本實施例中)，捲軸424攜帶有一段線繩110，其纏繞在捲軸424的主軸425上並被用於測量井深(或所感興趣的地形的深度/高度)。線繩110可由各種不同的材料製成，但是優選地，所用的材料提供具有高強度、低重量和最小記憶效果的低拉伸性線繩。聚乙烯、超高分子重聚乙烯、尼龍或類似塑料的編織線繩是合適的，雖然也可採用單長絲線繩，假如它們顯示出足夠高的強度和抗拉伸性能。在使用中，步進電動機322通過主體控制器338被操作以使捲軸424轉動以便放出和收回線繩110。步進電動機322具有制動力矩，其對捲軸424提供自然制動並阻止線繩110和配重112不希望地或不受控地被放出，無論步進電動機322是否被通電。這在線繩110正被放出以進行測量時是有用的，因為線繩110、浮標114和配重112沒有自由下落，而是被電動機322驅動。此外，主體控制器338能操作步進電動機322來主動制動捲軸424 (進而線繩110的運動)。這產生了針對捲軸的穩定鎖定，捲軸可被很快速動態地接合。捲軸424的鎖定允許深度測定設備100的使用者能移動深度測定設備100，而線繩110沒有打滑。如果使用者希望在線繩110伸展時降下或以其它方式操作導杆108以感測伸展線繩的位置或調節導杆108在被測井內的位置時，這可能是有用的。捲軸424通過被通電的步進電動機322被鎖定在固定位置上。如圖7所示，線繩110從捲軸424經過編碼器輪426移動到導杆組件108的內嘴口 604，並且移動穿過導杆組件108而離開筒盒組件104。線繩110纏繞編碼器輪426。如上所述，編碼器輪426可轉動地安裝在筒盒組件104內，並且當線繩110處於拉力時，線繩運動導致編碼器輪426和磁體462的轉動。磁體462徑向磁化(與軸向磁化相反)，從而筒盒控制器422 (通過磁性編碼器晶片)檢測由磁體轉動所造成的變化的磁場以識別編碼器輪426的運動。通過計數編碼器輪426的轉動圈數或幾分之一圈，可以計算出被放出(收回)的線繩長度。
測量編碼器輪426的轉動並計數轉動圈數的替代手段當然是可行的。例如基於光電二極體的編碼器是可用的。但是，磁編碼器系統的使用是有利的，因為它比基於光電二極體的編碼器更耐灰塵和溼氣。磁編碼器組件也可以允許更簡單的製造和組裝。關於編碼器輪426的運動和轉數的信息被傳輸給主體控制器338，它因為編碼器輪426的直徑是已知的而允許計算出被放出和/或收回的線繩長度。或者，筒盒控制器422本身可以被構造成計算被放出/收回的線繩長度並將該線繩長度通知主體控制器338。涉及筒盒104的校準和磨損開裂的信息也可以通過筒盒控制器422 (存在筒盒104內的存儲器中並傳輸給主體控制器338)或主體控制器338來保存。此信息例如可以包括筒盒識別碼(以獨特標識筒盒)、筒盒生產日期、筒盒已用時間長短、已放出的線繩累積長度和編碼器輪426的轉動圈數。此信息可被用於通知深度測定設備100的使用者(通過顯示器336或替代的輸出機構)需要維護筒盒104或者筒盒104接近報廢並應該更換。校準數據可以包括用於所用的特定編碼器和輪的毫米/脈衝校準值的係數。這允許使用不同類型的捲軸和編碼器輪，而不必改變主體組件102的操作軟體。如上所述，如此布置編碼器輪426，它只在線繩110正在移動並被繃緊到輪426上 時(即當配重112還未落位到堅硬表面上時)轉動。因此，如果主體控制器338正在操控步進電動機322以轉動捲軸424，但檢測到編碼器輪426沒有運動或幾乎沒有運動，則主體控制器338 (或在替代實施例中是筒盒控制器422)將此理解為配重112已經落位到表面(例如被測井的底面)並且不應釋放/放出進一步的線繩110的情況。主體控制器338隨後如上所述地主動快速制動捲軸424。這有助於阻止在已經觸底後放出多餘的線繩110並且顯著減小線繩110卷得過緊或聚團的可能性。如將會認識到地，在本實施例中的捲軸424鎖定不需要關於線繩位置的任何反饋信息就實現了。可以使用替代的電動機類型，但是關於線繩位置的反饋信息可能是必需的，該信息又可能需要閉環控制。或者，可以採用機械制動機構，雖然這些替代方式可能更複雜和昂貴。通過監視編碼器轉動方向並對照電動機轉動方向來檢查該方向，該裝置也能檢測線繩環套，它將會在線繩原本是要被放出時造成線繩被拉入筒盒組件104中，或者反之。如果線繩110在捲軸424中纏結時，這例如可能發生。上筒盒外殼和下筒盒外殼402、404也分別配設有上導杆開口和下導杆開口 434和436。在組裝狀態下，導杆組件108通過在筒盒組件104內的上導杆開口和下導杆開口 434、436之間被夾緊而被固定在筒盒組件104內。在替代實施例中，導杆108可以被可分離地安裝到筒盒組件上，例如通過螺紋口和在筒盒外殼內的互補開口。如此布置具有捲軸424和編碼器輪426的筒盒104，線繩110能斷裂或被切斷，沒有必要使筒盒104變得不能用。例如如果纏結沒有發生在線繩110中(超過導杆端)，或者如果線繩110的一部分磨斷或被切斷，可通過將配重112 (或新配重，如果原配重無法取回)和浮標組件114 (如果需要)重接到線繩110的新端頭並將深度測定設備100復零位(通過上述的使用者控制按鍵)來繼續工作。例如捲軸424可以配備150米線繩，但被測的平均高度/深度可以只為30米。即便切除掉30米線繩，還是能使用筒盒104 (當然假定所需的最長測量情況不超過餘下線繩的長度)。圖5A提供了適合與深度測定設備100連用的電源組件106的透視圖。電源組件106包括便攜電池組502，它裝有一個或多個電池504。在一個實施例中，電池可以是NiMh可充電電池，但是如果需要，可以採用其它類型電池，例如用於較高負載的密封鉛酸電池。電源組件106也包括連接器506，其通過延長件/導線508電連接至電池504。在圖5A的實施例中，電源組件106也裝配有夾子510和512，它們(如圖I和圖2所示)夾入互補的夾子116和118中，該互補的夾子分別固定在束帶120、122上，束帶連接至主體組件102(通過前接合點318,320和板321)。當夾固在一起時，電源組件106 (和束帶120和122)形成肩帶124 (最容易在圖I中看到)，其給設備100的使用者提供肩背設備100重量並減輕手持負荷的手段。當深度測定設備100被組裝時，電源組件106通過使連接器506與主體組件102的電源連接器340連接被連接到主體102。圖5B提供也適合與深度測定設備100連用的替 代電源組件520的分解透視圖。電源組件520是便攜電池組，其包括被緊固在一起以容納一個或多個電池526的上殼和下殼522、524。上殼和下殼522、524以防水形態中被密封起來，以允許在嚴酷環境中使用。電源組件520也包括連接器528，其通過延長件530電連接到電池526上。像利用圖5A所示的電源那樣，當組裝深度測定設備100時，電源組件520通過使連接器528與主體組件102的電源連接器340相連而與主體102連接。在替代實施例中，可以設置適配接頭以允許深度測定設備100連接至替代的電源例如幹線供電輸出或車輛電力輸出(例如點菸器接頭)。適配接頭可以連接至主體組件102內的電源連接器340或者連接至設置在深度測定設備100中的替代輸入。圖6提供本實施例的導杆組件108的透視圖。以下參照圖8和圖9描述替代的導杆組件802和850。圖6的導杆組件108包括細長柔性的杆體602，它在內嘴口 604 (就深度測定設備100處於組裝狀態而言，嘴口 604在筒盒組件內側)和遠側嘴口 606之間延伸。杆體602是加強套，線繩可穿過它被放出和收回。導杆108的杆體602由被套筒610覆蓋的相對寬的節距螺旋彈簧608構成。在此特定實施例中，套筒610是尼龍編制套，彈簧的直徑為12毫米，彈簧的節距為7. 5毫米。彈簧608的長度可以根據深度測定設備100的既定用途而改變，但對用於測定井深以便鑽孔和爆破作業，兩米的長度可能是適合的。在每個嘴口 604、606中有導杆108插入件，它也用於將導杆108的彈簧608和套筒610保持在一起。遠側嘴口 606在唇上方具有半徑614和儘可能大的直徑以允許線繩110在嘴口 606的上方順利經過。試驗表明，這有助於儘量減小在線繩110被放出/收回時的阻力。導杆的杆體602 (例如套筒610)配備有一個或多個標記612。通過使標記612對準被測地形的邊緣，可以確定安放於邊緣(如在井內)上方的導杆108的長度，能夠允許使用者在一系列測量中保持位於邊緣上方的一段相對固定的導杆108長度並允許深度測定設備100在每次使用時被正確復零位。標記612可以被印刷或通過其它方式標明在套筒610 上。導杆組件108的杆體602的彈簧和套筒構造保證了在導杆組件108和主體組件/筒盒組件102、104之間的相對移動。這允許杆體602被如此操縱，即該遠端可安置在期望的位置上(井口或建築物/懸崖等的邊緣)。本實施例的導杆108的柔性性質是這樣的，線繩110大體上平行於導杆的杆體602側面地離開導杆108 (經過遠側嘴口 606)。這有助於減小線繩110在收回過程中糾結纏繞在導杆108上的可能性。在收回過程中，導杆108的相對移動性允許由線繩收回所產生的力被吸收/阻尼，這減小了線繩110、浮標組件114(如果使用的話)和配重12在其離開井時脫離控制的潛在可能性。為進一步幫助減小線繩110/配重112/浮標組件114脫離控制的可能性，在導杆的杆體上的標記612允許使用者保證某段導杆108位於被測地形的邊緣下方。覆蓋彈簧608的套筒610帶來許多優點，包括 防止(或者至少減小可能性)操作者手指接觸到線繩110。這是一個安全特徵，因為線繩可能在相當快速地移動；·防止(或至少減小可能性)操作者手指被夾在彈簧608圈之間；·防止(或至少減小可能性)彈簧608在彈簧圈套在一起時自身糾纏； 允許水和細小灰塵離開導杆組件；
·防止(或至少減小可能性)石頭和尖銳凸起穿透彈簧圈並防止在線繩經過導杆組件時損壞線繩。當線繩110和配重112(以及浮標組件114，如果採用了的話)被收回時，彈簧608圈提供了例如與採用平壁管或類似件時的表面面積相比縮小的表面面積。通過減少接觸線繩Iio的表面面積，提供了相對高效的驅動系統。此外，當線繩110穿過彈簧608時，線繩110接觸彈簧608的邊緣，造成線繩110顫動。這種顫動導致自清潔作用，用於在線繩被收回時從線繩110上晃掉和/或擦掉汙垢、泥巴和其它外來物質，減少這樣的被帶入筒盒組件104中的外來物質，由此延長筒盒組件104的使用壽命。脫離線繩110的汙垢等可以從導杆108的遠側嘴口 606掉出，或是如果具有足夠小的顆粒尺寸，則穿過彈簧608的節距從套筒610掉出，套筒可以是多孔的以允許這樣做。導杆108的柔性允許導杆容易捲曲/捲起至相對緊湊的尺寸以存放和/或運輸。因為彈簧608不具有記憶，所以它將不會保持在捲起時產生的彎曲或扭結。在一小段上(相對於其整個長度)，彈簧608是相對剛性的並且自然處於筆直取向。但在一大段上，彈簧608是柔順的並且大致貼合其所覆蓋的表面，例如靠近井口和井邊緣的土堆等。這允許導杆108覆在被測地形的表面和邊緣上，此時導杆108端基本上是筆直的(豎直的)。通過設置可相對於深度測定設備100的筒盒/主體運動的導杆108，使深度測定設備100的使用者具有在測量過程中的對線繩110的觸覺敏感性。這種敏感性是重要的，因為它允許使用者感覺到線繩110、浮標組件112和配重112是否已經下降到穿過水或泥巴(或類似物)，使用者此刻能夠停止電動機工作(通過控制機構)以便測量開始遇到水的深度。這允許使用者如以下將描述的那樣測量整個井深以及井中的任何水的深。柔性導杆108在使用者能相當靠近孔眼邊緣站立且能容易保持該遠端在孔眼上方的情況下是有效的。在這些情況下，柔性導杆108在提供對觸到孔底面的配重的良好感覺同時帶來線繩保護和自清潔的好處。在使用者無法穩定地定位保持導杆組件108的遠側邊緣在孔眼邊緣上方的情況下，他或她將不得不將柔性導杆組件108的遠端扔下孔眼。在此情況下，可能希望使導杆組件108的靠近筒盒組件104的部分是剛性的。這樣的剛性部段提供把手以允許使用者簡單地將導杆組件108的遠端定位在該孔眼的上方。一種提供剛性把手部段的方式例如是通過可拆下的剛性管，它可在柔性的導杆組件108上滑動/就位。這保持了與筒盒組件102無關地移動導杆組件108的能力，同時提供在孔眼的上方簡單操縱導杆組件108的遠端的手段。通過使用該剛性管或類似件作為把手，線繩110可被降下(例如以感覺是否有水或泥巴)，不用使導杆組件108接觸/拖過孔眼/井的邊緣。通常希望避免這樣的接觸是因為它會造成鑽孔殘渣(即構成井頭周圍的土堆的碎屑)被撞回到孔眼中，這可能在利用現有的測量技術如簡單的帶子或類似構件時是很難避免的(如果不是不可能的話)。以下，參照圖9A和9B來描述可提供剛性把手的替代手段。轉到圖8A-圖8C，將描述一種適合與本發明連用的導杆組件802。導杆組件802包括是伸縮杆的主體804。在此例子中，主體804包括四個伸縮部分並且由纖維玻璃製成。主體804是空心的並且像在在先前實施例中那樣，深度測定設備800被構造成經過主體804放出和收回攜載有線繩配重的線繩110。在圖8A中，主體804如圖所示處於完全伸出形態，在圖8B中，主體804如圖所示處於完全回縮形態。伸縮的主體804允許導杆組件802遠端和筒盒組件104 (主體組件102)之間的距離被調整。換言之,伸縮的主體804允許深度測定設備800的使用者和正被測量的井眼/地形的邊緣之間的直線距離被改變。如圖SB所示(該圖示出處於縮回形態的導杆組件802)，導杆組件802的遠端配設有防護件806。防護件806在此情況下由塑料製成並且大致為球形。設置防護件806是為了減小在用導杆組件802的遠端捅人時的受傷可能。防護件806也阻止線繩110在線繩 (攜載有線繩配重)被收回時纏繞在導杆組件802的遠端上。當然可以設置其它形狀的防護件806。防護件806包括讓線繩110穿過的通道並且配備有襯套(未示出)，該襯套有助於引導線繩Iio穿過該杆並減小線繩110和主體804的內表面之間的摩擦(靠近主體817近端也設置一個附加襯套以進一步引導線繩110和減小摩擦)。導杆組件802的近端設有接頭808。當導杆組件802被裝配到筒盒組件104上時，接頭808允許導杆組件802在筒盒組件104內轉動並提供撓曲點，其允許導杆組件802相對於筒盒組件104 (和深度測定設備800的其它組成部分)的角度被調整。接頭808所提供的可轉動性和可樞轉性連同導杆組件802的主體804的伸縮性質一起允許導杆組件802的遠端由使用者根據期望來定位(例如在被測的井/地形的邊緣處或附近)。由接頭808提供的樞轉運動被限制為在大約90°角度範圍(如圖8A的805所示)的運動，以阻止穿過接頭808的線繩110被夾住或者以其它方式受到限制。由接頭808提供的轉動運動被限制為小於180° (如圖8B的807所示)的轉動，以防止主體804能夠鎖定到水平位置(即從筒盒104直接向外延伸)中，該水平位置回對深度測定設備800施以過度的應力並造成損壞。接頭808包括一對殼體810，每個殼體810包括半管狀部分812和半球形部分814。每個半球形部分814配設有座816。接頭808還包括球組件817，其包括軸818和球820。軸818配設有凸緣822和一對位於軸818的任一側的凸肩824。球820配設有一對凸耳826。球組件817包括通道819，線繩110在深度測定設備800被組裝時穿過該通道。殼體810和球組件817可以由任何適當的材料例如通過塑料材料如ABS或聚碳酸酯的注射模製來製造。為了組裝導杆組件802，殼體810的半球形部分814被布置成能包圍球組件817的球820，此時球820的凸耳826位於殼體810的底座816內。殼體810的半管狀部分812隨後利用例如適用的膠在導杆組件802主體804內被固定。凸耳826和座816的形狀允許導杆組件802主體804相對於球組件817 (因而筒盒104)做有限的樞轉運動，在這裡是在大約90度的角範圍轉動。這允許深度測定設備800的使用者使導杆組件802主體804在主體804相對於筒盒104為水平的位置和主體804相對於筒盒104懸垂的位置之間樞轉。如上所述，限制主體804的樞轉運動範圍阻止穿過球組件817的通道819被殼體810的壁堵塞。這又阻止線繩110在接頭808內被夾緊。為了將導杆組件802安裝到筒盒組件104上，球組件817的軸818可轉動地安裝在筒盒組件104的上和下導杆開口 434、436之間。在組裝狀態下，球組件817的軸818可以在上和下導杆筒盒外殼402和404內轉動以允許導杆組件802的方向被調整。軸818的轉動被凸肩824限制到小於180°，凸肩支承在適當安設在上、下導杆筒盒外殼402和404內的止擋上。如上所述，導杆組件102的轉動運動限制阻止主體804能被鎖定到水平位置。通過另一個替代方式並參照圖9A和9B，導杆組件850可以配備有近側的剛性部段852 (例如空心管或如果需要可伸長/可壓短的部段，類似於在上述導杆組件802中所採用的構件)和遠側的柔性部段854 (例如覆蓋彈簧型組件，與上述導杆組件108相似)。
在圖9A中，近側的剛性部段852通過球窩接頭或類似機構(例如上述的球窩接頭808)被直接連接到筒盒組件104。在圖9B的實施例中，剛性部段852的近端通過附加的柔性部段856被連接到筒盒組件104，以保證可壓短部段相對於筒盒組件104的易操縱性。剛性部段852的遠端安裝在遠側的柔性部段854上。遠側的柔性部段854是相對短的，有助於保證線繩110在使用中豎直下落地離開線繩所穿過的剛性部段852。這帶來了一直保護線繩直到線繩離開設備進入孔眼且與此同時提供在孔眼上方距孔眼較遠距離地地操縱導杆組件850的能力的好處。這對於此時使用者難以或很危險地接近孔眼邊緣的很深的孔眼是有用的。剛性部段852帶來了在要求長導杆時對感覺觸及孔底面的配重(和如果有的話浮標組件)的敏感性的好處，因為它防止導杆850在地面上覆蓋一大段距離，這將會使感覺到配重變得很困難。如上所述，在使用中，導杆108的遠端就位在井(或其它地形)的邊緣上方。這允 許線繩110直接降入井中，而不是從邊緣上輾過，這種輾過將在下降和收回時損傷和磨壞線繩110。這延長了線繩110的壽命。如圖IOA所示，靠近配重112的線繩110端配備有堅硬的塑料套筒902。配重12被如此連接到線繩110，使線繩套結穿過配重內的孔904，隨後將線繩110回繫到自身上。套筒902隨後越過該結，從而抵靠或者落位在配重112附近。有意識地使該結離配重112的頂面有大約60毫米距離，以提供保持塑料套筒902正好就位在配重112上方的阻礙。套筒902保護連接至配重112處的線繩110和繩結，否則它們容易受到磨損碎屑/散開的影響。已發現能延長線繩110的壽命。當線繩110被收回時，套筒902的上端被拉入導杆組件108的遠端。當縮回到導杆組件108中後，套筒902的增大的直徑/剛性(與線繩110相對)起到除去可能已經集聚在導杆組件108端頭內的汙垢/泥巴/其它外來物質的作用。這阻止了這樣的汙垢等集聚並連累設備100的操作。參見圖10A-10C，現在將更詳細地描述浮標組件114。浮標組件114在水/泥巴位於被測的井/地形的底面上的環境中是有用的，因此是深度測定設備100的可選配件。浮標組件114包括大致為柱形的且由堅固的塑料材料(例如聚碳酸酯)製成的主體906。主體906限定出通道908，線繩110穿過該通道並且在此實施例中，主體是空心的並限定出內腔910。浮標114的底部開設有許多孔912 (在這裡是四個)，它們鑽透主體906壁。主體906的上部分配設有洩流孔914 (再次鑽穿主體906)。
在使用中，當線繩110遇到水，浮標114留在水面上，而配重112繼續攜帶線繩110穿過浮標114併到達水底。在浮標組件114底部內的孔912接受水進入內腔910，這增大了浮標組件114的質量。當允許水進入時，空氣被排出內腔910並經過洩流孔914離開內腔910。洩流孔914位於內腔910的最頂部之下，以阻止浮標114完全充滿水，這會造成浮標114下沉。圖IOC示出其內腔910部分充水916並具有氣泡918的浮標114 (至洩流孔914的高度)。當如圖所示地部分充填水時，浮標114的有效質量相當顯著地增大而浮標114沒有下沉。當線繩110和配重112被收回時(一旦已測到井底面)，配重112將(在水面高度)碰撞部分充滿的浮標114。配重112在水面處碰撞浮標114給遇水深度提供了清晰指示。所提供的一種指示呈配重112撞擊浮標114所產生的像鐘聲的響聲的形式。 此外，一旦配重112已接觸浮標114，則因為部分充填的浮標114的重量而存在很明顯的線繩112感覺差異。此外，部分充滿的浮標114的撞擊通常導致步進電動機322停轉，這是因為由電動機322高速拖拽的負荷出現相當大的突然變化。這導致步進電動機322驅動中的打滑，造成電動機322停轉(產生像滑動離合器那樣的行為)。這又造成設備100在它記錄下儘管有電力正被提供給電動機322而線繩110沒有被收回時關停電動機。即便步進電動機322未被浮標114的笨重狀態所拖累，部分充填的浮標114的重量還是給使用者提供了載荷在水面過渡的清晰感覺。這在使用者試圖在水面附近沉下配重112和浮標114時能夠容易地被使用者感受到，不用依靠電動機停轉、配重112撞擊浮標14的聲音或配重112/浮標114濺起水花的聲音。因此，即便在嘈雜的環境中，例如當重型設備在附近作業時，也能容易檢測水面。一旦配重112接觸到浮標114，它們從孔眼中被收回。當浮標114升起時，內腔910中的水經過孔912被反排出，使浮標114的重量回復到其正常重量(相對輕)，這沒有不必要地加重電動機322負擔。這導致更長的電池壽命和在設備100內的更少的熱消散。但是，步進電動機322能夠輕鬆地升起浮標114，即便當浮標在電動機322較低速度下充有水(電動機322隻在遇到其提升的負荷發生階躍變化時打滑/停止)。在替代實施例中，浮標組件114可以配備有其它組成部件以便執行附加功能。例如在一個實施例中(未示出)，浮標組件114的主體910中裝有包括電池供電的微控制器的電路板，該微控制器具有無線通訊能力(例如藍牙)。電路板監視磁簧開關，磁簧開關位於浮標組件114的底部上，從而它在浮標組件114靠近/接觸到配重112 (例如當配重112和浮標組件114正被降入井或類似地形中)時被在配重112頂面上的磁體激活。當配重112與浮標組件114分離開時(例如當到達水面時)，磁簧開關斷開並且該事件通過浮標114內的微控制器記錄並用時戳記載下來。當配重112被升起且最終重新接觸浮標組件114時，磁簧開關閉合併且該事件也通過浮標組件114內的微控制器記載和加蓋時戳。當浮標組件114和配重112回到井表面，浮標組件114內的電池供電的微控制器與主體組件102內的主體控制器338通訊並提供配重112與浮標組件114脫離和重新接合的時戳。主體控制器338利用這些時戳來確定這些事件發生時的深度。為允許進行這樣的計算，當設備100在井頭被復零位時，主體控制器338設定一個時戳。此後，主體控制器338被編程以便對線繩110位置的(例如)每10釐米增量就設定一個時戳。此分辨力是可調的。這些時戳存儲在主體組件102內的存儲器中並且被用於關聯來自浮標組件114微控制器的記錄事件的深度。這樣，當浮標組件114和配重112被回升到表面時，測量可以通過在井內的浮標微控制器來完成並可與深度關聯起來。如將會認識到地，在上述實施例中，水面的深度由浮標114中的微控制器和磁簧開關的開關操作來測定。在這裡，浮標114不需要洩流孔914或進水孔/排水孔912。除了接合點318、320(和板321)外，深度測定設備100可以配備有附加的安裝接合點。例如主體102和/或筒盒104可以配備有螺紋孔，以允許深度測定設備100安裝至三腳架。或者，可以設置託架(或託架座)以允許深度測定設備100安裝在車輛或其它結構上。如人們將會認識到地，主體控制器338可被構造成提供許多有用功能給深度測定設備100。除顯示器336和在貼花紙314上的使用者操作按鍵外，主體控制器338也可被連接至和/或提供其它的輸入/輸出選項。例如，主體控制器338可允許與其它設備例如行動電話、PDA、筆記本電腦、桌上型電腦等、傳感器、衛星等無線通訊。該通訊可以藉助任何適當 的無線通訊協議，例如藍牙、WiFi、GPRS、紅外等。主體控制器338也可以或替代性地允許與這樣的其它裝置的有線通訊，在有線通訊情況下，深度測定設備100配備有合適的埠(例如USB、USB2、火線、乙太網等)，該埠與主體控制器338通訊並允許合適的線纜被插入深度測定設備100。這允許由深度測定設備(DDA)記錄下的數據被上載到外部裝置以供分析和/或處理。這也允許深度測定設備100的軟體/固件被更新。深度測定設備100也可以被調適/構造用於提供附加功能。通過一個非限定例子，主體102可以配備有與主體控制器338通訊的GPS接收器。主體控制器338於是可以被構造(通過軟體、硬體或固件)用於記錄下被測地形的實際位置以及相關的測量信息如深度/高度、溫度(如下所述)等等。在上述的實施例中，已經如此設計深度測定設備100，從而筒盒組件104可根據需要被安裝至主體102/從主體102拆下。此外，深度測定設備100的高磨損部件(即捲軸424、編碼器輪426、線繩10和導杆108)是筒盒組件104的零部件。這允許筒盒組件104在一旦用壞時被更換，不必更換主體102或電源106。這種模塊結構也允許提供不同的筒盒組件給不同的應用。例如，不同的筒盒組件可以配備有或長或短的線繩、或長或短的導杆和/或如下所述的不同線繩傳感器布置。此外，也可設置提供附加的和/或專用的功能的筒盒。例如，一種筒盒組件的線繩可以配備包括與主體控制器338 (或直接，或通過附加的無線電收發機)通訊的溫度傳感器和無線發送器的配重和/或浮標組件。這允許在不同的地形高度/地形深度的溫度被測量、記錄和報告。附加的替代功能可以包括氣壓計、圖像傳感器/攝像機、輻射檢測器、加速度計、陀螺儀。來自不同傳感器的信息可以像利用溫度傳感器時那樣被無線傳輸給筒盒(並且從筒盒至主體控制器338)，或者直接至主體控制器338。主體控制器338可被構造用於接收和處理各種傳感器測量結果，或是利用原有的固件/軟體，或是使用者可以在附加功能變得可以獲得時更新固件/軟體。為了使用深度測定設備100，操作人員接近井(或待測地形)，此時配重112收回到導杆108頭。操作人員將導杆108頭(即遠側嘴口 606)投下井並以其參考標記612位於井的上邊緣的方式定位導杆108。一般，該設備在此刻通過如上所述地操作輸入按鍵354被復零位(當然在通過電源按鍵366接通設備100後)。顯示器336突顯出當前操作並默認在零點啟動。在輸入按鍵354被按下以將設備100復零位後，在顯示器336上顯示的選項自動變至「測量孔眼深度」或類似信息。操作人員隨後操作放出按鍵352，它造成步進電動機322送出線繩110。配重112在步進電動機322的驅趕下拉拽出線繩110。編碼器輪426在配重112驅趕下轉動。當配重112碰到井底時，拉力離開了線繩10，這停止了編碼器輪426轉動。在此亥IJ，控制器338關停步進電動機322。操作人員隨後可以選擇再次嘗試並放出線繩，在此情況下，步進電動機322緩慢直線增速並且編碼器輪426在線繩上有拉力的情況下轉動。操作人員可以選擇在任何時候通過壓下收回按鍵350來收回線繩。操作人員可以通過抓住導杆108來輕微搖晃線繩110，以便感覺到配重112在井中處於何處。當操作人員滿意配重112位於井底面時，輸入按鍵354被按下以記錄下井深。如果設備100正與外部裝置如PDA通訊，則在此刻傳輸深度讀數。、
根據所關注的井以及設備100的構造，顯示器336隨後可以顯示「測量水面」。操作人員隨後可以收回線繩到水面並且再次輕晃線繩以找到水面。當他已經發現水面時，輸入按鍵354可被在此按下以記錄下水面深度。顯示器336隨後可以顯示「下個孔眼」，這允許操作人員向外部裝置指明操作人員現在正在測量另一孔眼。若未連接到外部裝置，則深度測定設備100可以存儲帶有時戳和(如果是與GPS連用)GPS時戳的深度測量值。它可以隨後被下載到計算機或PDA上。當線繩110正被放出時，控制器338被編程來監視配重112和(如果有)浮標組件114下落速度，做法是監視編碼器輪426的轉動速度。控制器338對照預期速度來檢查該速度，線繩110應該基於控制器338驅動步進電動機322的速度以該預期速度被放出。如果正在放出線繩110的速度小於預期速度，則控制器338作為異常將此記錄下來。每次檢測到這樣的異常，控制器338在軟體中使計數器增值。如果在下個監視周期中不存在異常，則計數器被歸零。如果檢測到超過規定數量的連續異常，則控制器338關停電動機322並向使用者指明出現線繩張力不足。這一般表明配重112已經碰到明顯障礙或井底面。此外，每當檢測到異常，控制器338使電動機322略微減速。這種減速逐步降低到最小值。如果配重12和浮標114以低於控制器338的最高速率的速率落下並且沒有在預期線繩放出速度中發現異常，則控制器338以微小量使電動機322加速。如果在接近最高速度時沒有發現異常，則一直進行這種做法。這種落速自調節在配重12正下落入水或入泥時是有用的，因為它防止控制器338將這種減慢落速誤判為井底面，而不是配重112下落穿過更黏稠的物質。這幫助避免井底底面或障礙的誤測並使操作人員不必操心不必要地重啟系統，同時保證配重以儘量高的速度到達孔底面。如果設備100配備有附加傳感器如無線溫度傳感器或線繩傳感器的另一端，則顯示器336將顯示允許讀數被測量和存儲的諸多選項。上述的設備允許人們感興趣的地形的高度或深度被精確測量。如將會認識到的那樣，術語「精確」是相對的，其中幾乎所有的測量都會存在一定程度的誤差。因此，提到「精確」測量或測定應該被理解為是指相對高度的精確性。精確性的精度將取決於所用材料和結構精度，但使用以上詳述的設備，可以獲得±0. 5%的誤差並且該誤差對於爆破作業來說是可接受的。人們將會理解，在說明書中所披露和限定的發明擴展到由文字或附圖描述或顯現的其中兩個或更多的單獨特徵的替代組合方式。所有這些不同的組合方式構成本發明的各 不同的替代方案。
權利要求
1.一種深度測定設備，包括 用於容納一段線繩的可轉動的捲軸，該線繩的自由端適於容納配重； 空心細長導杆組件，該線繩通過該空心細長導杆組件被放出和收回； 用於測量通過該空心細長導杆被放出和/或收回的線繩長度的測量機構；和 至少用於通過該空心細長導杆收回該線繩的驅動機構。
2.根據權利要求I所述的深度測定設備，其中，該空心細長導杆組件包括至少一個空心柔性部段，該空心柔性部段允許該細長導杆組件的遠端與該可轉動的捲軸無關地被操縱。
3.根據權利要求2所述的深度測定設備，其中，該空心細長導杆組件的空心柔性部段包括彈簧，該線繩通過該彈簧被放出和收回。
4.根據權利要求3所述的深度測定設備，其中，該彈簧被套筒覆蓋。
5.根據權利要求2至4之一所述的深度測定設備，其中，所述至少一個空心柔性部段基本上是該空心細長導杆組件的長度。
6.根據權利要求2至4之一所述的深度測定設備，其中，該空心細長導杆組件還包括空心剛性部段，該線繩通過該空心剛性部段被放出和收回，該剛性部段位於所述至少一個空心柔性部段中的至少一個和該可轉動的捲軸之間。
7.根據權利要求6所述的深度測定設備，還包括主控制器，並且該測量機構包括傳感器組，該傳感器組適於向該主控制器發出代表已經被放出和/或收回的線繩長度的信號。
8.根據權利要求7所述的深度測定設備，其中，該主控制器適於控制該驅動機構。
9.根據權利要求7或8所述的深度測定設備，其中，該傳感器組包括如此安裝的可轉動的編碼器輪，即當該線繩被放出或者收回時，該線繩的運動造成該編碼器輪轉動，並且該傳感器組被構造成檢測該編碼器輪的轉動。
10.根據權利要求9所述的深度測定設備，其中，如此布置該編碼器輪，它只在該線繩在由該配重所提供的拉力下被放出或收回時轉動。
11.根據權利要求9或10所述的深度測定設備，其中，該傳感器組被構造成計數該編碼器輪的轉動整圈和幾分之一圈之一。
12.根據權利要求9至11之一所述的深度測定設備，其中，該編碼器輪上裝有隨該編碼器輪轉動的磁體，並且該傳感器組通過檢測磁場變化來檢測該編碼器輪的運動。
13.根據權利要求I至12之一所述的深度測定設備，其中，該驅動機構包括用於使該捲軸轉動以便通過該空心細長導杆組件放出和收回該線繩的驅動組件。
14.根據權利要求13所述的深度測定設備，其中，該驅動組件是步進電動機。
15.根據權利要求I至14之一所述的深度測定設備，其中，該可轉動的捲軸裝在筒盒組件內，該空心細長導杆組件被連接到該筒盒組件上。
16.根據權利要求15所述的深度測定設備，其中，該空心細長導杆組件在接頭處被安裝到該筒盒組件上，該接頭允許該空心細長導杆組件相對於該筒盒組件的樞轉運動和/或旋轉運動。
17.根據權利要求I至16之一所述的深度測定設備，其中，該線繩上裝有浮標組件，該浮標組件可相對於該線繩運動。
18.根據權利要求17所述的深度測定設備，其中，該浮標組件適於提供可聽見的和/或可觸感的反饋以允許水面高度被測定。
19.根據權利要求17或18所述的深度測定設備，其中，該浮標組件包括具有一個或多個進水孔和一個或多個透氣孔的空心體，該進水孔和該透氣孔允許該空心體部分充填水。
20.根據權利要求17所述的深度測定設備，其中，該浮標組件包括用於檢測何時該配重緊鄰該浮標組件和何時該配重與該浮標組件分離的浮標傳感器。
21.根據權利要求18所述的深度測定設備，其中，該浮標傳感器是檢測在該配重上磁體的存在的磁簧開關。
22.根據權利要求20或21所述的深度測定設備，其中，該浮標組件記錄下何時該配重與該浮標組件分離和何時該配重重新接合該浮標組件的時戳。
23.根據權利要求I至22之一所述的至深度測定設備，其中，該深度測定設備由可分離的電力組件提供電力。
24.一種可分離地安裝到驅動控制單元上的筒盒和空心細長導杆組件，該筒盒組件包括 可轉動地安裝在該筒盒組件內並適於容納一段線繩的捲軸，該線繩的自由端適於裝有配重； 適於可分離地連接到該驅動控制單元的驅動組件上的驅動連接機構，該驅動組件用於驅動該捲軸以便通過該空心細長導管放出和收回該線繩。
25.根據權利要求24的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該空心細長導杆組件包括至少一個空心柔性部段，該空心柔性部段允許該細長導杆組件的遠端與該筒盒無關地被操縱。
26.根據權利要求25所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該空心細長導杆組件的空心柔性部段包括彈簧，該線繩通過該彈簧被放出和收回。
27.根據權利要求26所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該彈簧被套筒覆蓋。
28.根據權利要求24至27之一所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，所述至少一個空心柔性部段基本上是該空心細長導杆組件的長度。
29.根據權利要求24至27之一所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該空心細長導杆組件還包括空心剛性部段，該線繩通過該空心剛性部段被放出和收回，該剛性部段位於所述至少一個空心柔性部段中的至少一個和該筒盒之間。
30.根據權利要求24至29之一所述的筒盒和空心細長導杆組件，還包括用於測量通過該空心細長導杆組件被放出和/或收回的線繩長度的傳感器組。
31.根據權利要求30所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該傳感器組適於傳輸代表已經被放出和/或收回的線繩長度的信號。
32.根據權利要求30或31所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該傳感器組包括如此安裝的可轉動的編碼器輪，即當該線繩被放出或收回時，該線繩的運動造成該編碼器輪轉動，並且該傳感器組被構造成檢測該編碼器輪的轉動。
33.根據權利要求32所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，如此布置該編碼器輪，它只在該線繩在由該配重提供的拉力下被放出或收回時轉動。
34.根據權利要求32或33所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該傳感器組被構造成計數該編碼器輪的轉動整圈和幾分之一圈之一。
35.根據權利要求32至34之一所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該編碼器輪上裝有伴隨編碼器輪轉動的該磁體，並且該傳感器組通過檢測磁場變化來檢測該編碼器輪的運動。
36.根據權利要求24至35之一所述的筒盒和空心細長導杆組件，其中，該線繩上裝有浮標組件，該浮標組件可相對於該線繩運動。
全文摘要
描述了一種深度測定設備(100)。深度測定設備(100)包括用於容納一段線繩(110)的可轉動的捲軸(424)，該線繩(110)的自由端適於容納配重(112)；空心細長導杆組件(108)，線繩(110)通過該空心細長導杆組件被放出和收回；測量通過該空心細長導管(108)被放出和/或收回的線繩(110)長度的測量機構(423)；至少用於通過該空心細長導杆(108)收回線繩(110)的驅動機構(322)。
文檔編號G01B7/26GK102713502SQ201080047435
公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月22日 優先權日2009年10月23日
發明者G·A·庫克, P·D·史蒂芬斯 申請人:伊瓜納工業解決方案有限公司