水平定向钻进是我国近年来发展最快的施工技术之一,具有铺管精度高、施工场地需求简单等特点,在铺设电力、通信、煤气和自来水管线等地下工程建设中得到了广泛的应用。钻头的跟踪与导向是水平定向钻进关键技术之一,一般由三部分组成:地下传感发射探头、地面手持式定位导向仪和远端监视设备。目前国内导向仪器完全依赖进口,因此,本文对水平定向钻进钻头信息的测量和传输技术进行了研究。本文研究了摆式倾角传感器和传统加速度传感器测量倾角的方法,分析了光电式和光电滚珠式传感器测量面向角的特点,在传统测量方法基础上,结合水平定向钻进随钻测量体积小、成本低的特点,选择了最新的MEMS加速度传感器构建测量系统。根据测量系统在钻头内放置方式,建立了空间坐标系,给出了钻头倾角和面向角的测量模型,结合MEMS技术,采用MEMS加速度传感器对倾角和面向角进行了测量。钻头温度过高会使测量不准确,甚至造成永久的损坏,因此,本文采用集成式温度传感器进行了钻头内部温度的监测。MEMS加速度传感器的测量轴数可分为单轴、双轴、三轴,本文分别采用三轴加速度传感器和双轴加速度传感器对钻头的倾角和面向角进行了测量;分别采用模拟式和数字式集成温度传感器进行了钻头内部温度的监测。利用C8051F单片机构建嵌入式系统,实现了钻头倾角、面向角、温度、电量等参数的测量,该系统体积小巧,能放入狭小的钻头空腔内,并能满足测量的要求。地下测量的数据需要传输到地面,以便于操作人员实时掌握钻头状态,控制钻头的运行。本文研究了地下传感探头与导向仪和远端监视器的通信技术,提出了有线传输和无线传输相结合的方法:地下传感探头和地面手持式导向仪之间采用基于RS-485的有线传输,手持式导向仪和远端监视设备之间近距离采用无线传输、远距离采用RS-485有线传输。本文利用液晶显示器设计了人机界面,实现了钻头信息的显示,并利用VB开发了基于PC机的图形显示界面,使人机界面更加友好、直观。