[发明专利]基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器

说明书

本发明提供基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器，包括外壳、定子、转子和电路板，定子为圆形槽体，定子固定于外壳内部，定子的槽底中部设有安装孔，定子的槽底边缘设有多个金属片，所有金属片环绕定子轴线均匀设置，转子为筒体，转子外壁设有径向延伸的摩擦板，摩擦板的底面设有摩擦材料层，转子插入安装孔内且可转动，使摩擦材料层与金属片接触，电路板分别连接所有金属片和摩擦材料层，外壳用于连接涡轮钻具的壳体，转子用于连接涡轮钻具的转动轴，电路板用于测量转子转动状态摩擦材料层分。本发明的有益效果：自驱动式转速传感器依据摩擦纳米发电机的发电原理，实现涡轮钻具转速实时测量，无需外接电源即可工作。

技术领域

本发明涉及地质钻井及仪器仪表技术领域，尤其涉及一种基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器。

背景技术

近年来，随着深部钻探的持续发展,传统的螺杆钻具已经越来越不适应深孔下的高温高压的复杂地底环境。而在这种情况下涡轮钻具的性能要优于普通螺杆钻具。转速作为涡轮钻具的一项直观的性能参数，对于涡轮钻具的深入研究非常重要，当下测量该参数的方法为直接利用现有转速传感器进行测量，或者在涡轮节上安装具有转速测量功能的测量短节。但这些方法需要外接电源对传感器进行供电，或者需要连接线路从而在地面进行供电，而传感器的外接电源一般为各类电池，检修人员需要经常更换和检测电池是否正常工作，不利于涡轮钻具转速的长时间测量。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器。

本发明的实施例提供一种基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器，包括外壳、定子、转子和电路板，所述定子为圆形槽体，所述定子固定于所述外壳内部，所述定子的槽底中部设有安装孔，所述定子的槽底边缘设有多个金属片，所有金属片环绕所述定子轴线均匀设置，所述转子为筒体，所述转子外壁设有径向延伸的摩擦板，所述摩擦板的底面设有摩擦材料层，所述转子插入所述安装孔内且可转动，使所述摩擦材料层与所述金属片接触，所述电路板分别连接所有金属片和所述摩擦材料层，所述外壳用于连接涡轮钻具的壳体，所述转子用于连接涡轮钻具的转动轴，所述电路板用于测量所述转子转动状态所述摩擦材料层分别与各金属片摩擦生电的电信号，并根据所述电信号计算涡轮钻具的转速。

进一步地，所述安装孔为阶梯孔，所述安装孔孔口设有套筒，所述转子中部穿过所述套筒和所述安装孔，所述套筒下端支撑于所述安装孔的阶梯端面上，上端支撑于所述摩擦板底面。

进一步地，所述金属片为扇形环形，所述摩擦板为圆环板，所述圆环板设有径向延伸的矩形接触板，所述摩擦材料层与所述接触板的底面重合固定。

进一步地，所述金属片的环宽与所述底面的长度相同。

进一步地，所述金属片为铜箔，所述摩擦材料层为聚四氟乙烯薄膜。

进一步地，所述外壳包括外筒和内筒，所述外筒和所述内筒之间通过多个肋板连接，所述定子外壁与所述内筒内壁螺纹连接。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器，依据摩擦纳米发电机的发电原理，结合涡轮钻具的结构及运动特点，通过检测摩擦材料层与金属片摩擦生电产生的周期性电信号，并根据产生电流信号的频率确定涡轮钻具的转速，实现转速传感器实时测量转速，且由于涡轮钻杆转速一般较高，所以利用摩擦材料进行发电产生电能，实现传感器的自供电，将储存的电能可驱动电路板上其他元件，传感器为自驱动式转速传感器，无需外接电源即可工作。

附图说明

图1是本发明基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器的立体图。

图2是本发明基于摩擦纳米发的旋转圆盘式涡轮钻具自驱动转速传感器的俯视图；

图3是图2中的A-A剖面示意图。