盾构机的聚焦系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种盾构机的聚焦系统及方法。其中，该聚焦系统包括：电流源，发射电极，屏蔽电极，回流电极，和电流检测器，其中，在电流源供电于发射电极和回流电极的情况下，盾构机采用第一模式发射电流；在电流源供电于屏蔽电极和回流电极的情况下，盾构机采用第二模式发射电流；其中，聚焦系统还包括：控制器，用于在聚焦系统采用第一模式和第二模式叠加的方式发射电流时，控制第一模式与第二模式的叠加比例，使得电流检测器检测到的电流值为零。本发明专利技术解决了相关技术中采用硬件聚焦的聚焦系统，影响视电阻率的测量精度，容易造成系统误报的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
盾构机的聚焦系统及方法
本专利技术涉及盾构领域，具体而言，涉及一种盾构机的聚焦系统及方法。
技术介绍
在相关技术中，隧道电法超前探测BEAM(Bore-TunnelingElectricalAheadMonitoring)技术是一种将电法用于隧道超前地质预报的技术，采用的是激发极化方法。在该方法中，在掌子面布设环状电极和在掌子面前方内部布设测量电极。通过向屏蔽电极内发射一个屏蔽电流并对测量电极发射一个测量电流，使电流聚焦进入到要探测的岩体中。通过分析与岩体中孔隙有关的电能储存能量参数的变化，预测掌子面前方岩体的完整性和含水性。在采用BEAM技术时，以盾构机的刀盘和盾体作为发射电极和屏蔽电极来发射电流。一般情况下，在对发射电流进行聚焦时，都是采用硬件聚焦的方式，使发射电极和屏蔽电极满足聚焦条件，但在硬件聚焦方式下必然存在剩余电位，这样会就从一定程度上降低测量视电阻率的精度；另外，发射电极和屏蔽电极是导通的，并没有做绝缘，发射电极和屏蔽电极之间的压差极其微弱，这就要求系统具有很高的小信号测量能力。因此，采用硬件聚焦方式时，采用BEAM技术测量视电阻率的精度会受到较大的影响，从而可能会导致地质解释误报等情况。针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种盾构机的聚焦系统及方法，以至少解决相关技术中采用硬件聚焦的聚焦系统，影响视电阻率的测量精度，容易造成系统误报的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种盾构机的聚焦系统，包括：电流源，盾构机的刀盘上的发射电极，盾构机的护盾上的屏蔽电极，所述发射电极和所述屏蔽电极的回流电极，对所述发射电极与所述屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测的电流检测器，其中，在所述电流源供电于所述发射电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第一模式发射电流；在所述电流源供电于所述屏蔽电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第二模式发射电流；其中，所述聚焦系统还包括：控制器，用于在所述聚焦系统采用所述第一模式和所述第二模式叠加的方式发射电流时，控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零。可选的，所述聚焦系统还包括：为所述屏蔽电极上的电位提供电位参考的参考电极，根据所述参考电极对所述第一模式下和所述第二模式下所述发射电极上的电位进行测量的电压测量电路，对所述第一模式下和所述第二模式下所述盾构机的总电流进行测量的总电流测量电路，以及处理器，其中，所述处理器，用于根据所述电压测量电路测量的电位，所述总电流测量电路测量的电流以及所述电流检测器检测到的电流，确定所述盾构机所测地层的视电阻率。可选的，所述处理器包括：处理单元，其中，所述处理单元用于通过以下方式确定所述盾构机所测地层的视电阻率：其中，Ra为视电阻率，K为电极系数；V0为第一模式下发射电极的电位；I为第一模式下盾构机的总电流；I1为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流；V0′为所述第二模式下所述发射电极的电位；I0′为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到发射电极的电流。可选的，所述控制器包括：控制单元，其中，所述控制单元，用于通过控制第一电流与第二电流的比值的方式控制所述叠加比例，其中，所述第一电流为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流，所述第二电流为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流。可选的，所述电流检测器包括以下至少之一：罗氏线圈，电流互感器，光纤电流传感器。根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种盾构机的聚焦方法，包括：对所述盾构机的刀盘上的发射电极与所述盾构机的护盾上的屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测；采用第一模式和第二模式叠加的方式发射电流，其中，在所述盾构机的电流源供电于所述发射电极和回流电极的情况下，所述盾构机采用第一模式发射电流；在所述电流源供电于所述屏蔽电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第二模式发射电流；控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零。可选的，还包括：设置为所述屏蔽电极上的电位提供电位参考的参考电极；根据所述参考电极对所述第一模式下和所述第二模式下所述发射电极上的电位进行测量，以及对所述第一模式下和所述第二模式下所述盾构机的总电流进行测量；根据电压测量电路测量的电位，所述总电流测量电路测量的电流以及所述电流检测器检测到的电流，确定所述盾构机所测地层的视电阻率。可选的，根据所述电压测量电路测量的电位，所述总电流测量电路测量的电流以及所述电流检测器检测到的电流，确定所述盾构机所测地层的视电阻率率包括：通过以下方式，确定所述盾构机所测地层的视电阻率：其中，Ra为所述视电阻率，K为电极系数，V0为所述第一模式下所述发射电极的电位，I为所述第一模式下所述盾构机的总电流，I1为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流，V0′为所述第二模式下所述发射电极的电位，IO′为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到所述发射电极的电流。可选的，控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零包括：通过控制第一电流与第二电流的比值的方式控制所述叠加比例，其中，所述第一电流为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流，所述第二电流为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到所述发射电极的电流。可选的，采用以下电流检测器至少之一对所述盾构机的刀盘上的发射电极与所述盾构机的护盾上的屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测：罗氏线圈，电流互感器，光纤电流传感器。在本专利技术实施例中，该聚焦系统包括电流源，对作为盾构机的刀盘上的发射电极，盾构机的护盾上的屏蔽电极，所述发射电极和所述屏蔽电极的回流电极，对所述发射电极与所述屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测的电流检测器，以及控制器，其中，在所述电流源供电于所述发射电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第一模式发射电流；在所述电流源供电于所述屏蔽电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第二模式发射电流；该系统采用所述第一模式和所述第二模式叠加的方式发射电流时，控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零的方式，通过使上述发射电极与屏蔽电极之间的导体上的电流为零，达到了使所述发射电极与屏蔽电极的剩余电位为零的目的，从而实现了优化聚焦系统的聚焦效果，提高视电阻率的测量精度，减少系统误报几率的技术效果，进而解决了相关技术中采用硬件聚焦的聚焦系统，影响视电阻率的测量精度，容易造成系统误报的技术问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是根据本专利技术实施例的一种盾构机的聚焦系统的结构示意图；图2是根据本专利技术实施例优选实施方式的第一模式电路的结构示意图；图3是根据本专利技术实施例优选实施方式的第二模式电路的结构示意图；图4是根据本专利技术实施例优选实施方式的第一模式和第二模式叠加后的电场的示意图；图5是根据本专利技术实施例优选实施方式的数字聚焦电路的结构示意图；图6是根据本专利技术实施例的一种盾构机的聚焦方法的流程图。具体实施方式为了使本
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【技术保护点】
1.一种盾构机的聚焦系统，其特征在于，包括：电流源，盾构机的刀盘上的发射电极，盾构机的护盾上的屏蔽电极，所述发射电极和所述屏蔽电极的回流电极，对所述发射电极与所述屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测的电流检测器，其中，在所述电流源供电于所述发射电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第一模式发射电流；在所述电流源供电于所述屏蔽电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第二模式发射电流；其中，所述聚焦系统还包括：控制器，用于在所述聚焦系统采用所述第一模式和所述第二模式叠加的方式发射电流时，控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零。

【技术特征摘要】
1.一种盾构机的聚焦系统，其特征在于，包括：电流源，盾构机的刀盘上的发射电极，盾构机的护盾上的屏蔽电极，所述发射电极和所述屏蔽电极的回流电极，对所述发射电极与所述屏蔽电极之间的导体上的电流进行检测的电流检测器，其中，在所述电流源供电于所述发射电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第一模式发射电流；在所述电流源供电于所述屏蔽电极和所述回流电极的情况下，所述盾构机采用第二模式发射电流；其中，所述聚焦系统还包括：控制器，用于在所述聚焦系统采用所述第一模式和所述第二模式叠加的方式发射电流时，控制所述第一模式与第二模式的叠加比例，使得所述电流检测器检测到的电流值为零。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述聚焦系统还包括：为所述屏蔽电极上的电位提供电位参考的参考电极，根据所述参考电极对所述第一模式下和所述第二模式下所述发射电极上的电位进行测量的电压测量电路，对所述第一模式下和所述第二模式下所述盾构机的总电流进行测量的总电流测量电路，以及处理器，其中，所述处理器，用于根据所述电压测量电路测量的电位，所述总电流测量电路测量的电流以及所述电流检测器检测到的电流，确定所述盾构机所测地层的视电阻率。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述处理器包括：处理单元，其中，所述处理单元用于通过以下方式确定所述盾构机所测地层的视电阻率：其中，Ra为所述视电阻率，K为电极系数，V0为所述第一模式下所述发射电极的电位，I为所述第一模式下所述盾构机的总电流，I1为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流，V0′为所述第二模式下所述发射电极的电位，I0′为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到所述发射电极的电流。4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器包括：控制单元，其中，所述控制单元，用于通过控制第一电流与第二电流的比值的方式控制所述叠加比例，其中，所述第一电流为所述第一模式下所述盾构机的总电流分到所述屏蔽电极的电流，所述第二电流为所述第二模式下所述盾构机的总电流分到所述发射电极的电流。5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述电流检测器包括以下至少之一：罗氏线圈，电流互感器，光纤电流传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艳军，郑俊祥，张克，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十二研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41