一种声波探测系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术公开了一种声波探测系统及其工作方法，包括设置在刀盘上的声波发射器和声波接收器，声波发射器通过第一信号转接放大装置与控制系统电连接，声波发射器与第一信号转接放大装置相连通，且第一信号转接放大装置与压力调节系统相连通；声波接收器通过第二信号转接放大装置与控制系统电连接，声波接收器与第二信号转接放大装置相连通，且第二信号转接放大装置与压力调节系统相连通。本发明专利技术中声波发射器和声波接收器均集成在刀盘上，无需现场安装，且不用现场钻孔布置，实现了盾构机掘进过程中的实时探测，显著提高施工效率；压力调节系统可以自动对振动膜后的压力进行调节，对振动膜起到保护作用。

【技术实现步骤摘要】
一种声波探测系统及其工作方法
本专利技术属于隧道地质探测
，具体涉及一种声波探测系统及其工作方法。
技术介绍
隧道掘进过程中，对于掌子面前方地质的探测非常重要，现有的隧道超前地质探测方法主要有地质钻探、物探、超声检测、TRT技术等方法。地质钻探需要在洞内向前方钻孔，直接取岩芯进行观察，这种方法可以直观的判定隧道前方地质情况，但所需钻孔数量多、施工成本高、工期长，且存在“一孔之见”的局限；常用的物探方法主要在地表施工，有地震波发射法、二维波动剖面法、跨孔电阻率CT、跨孔地震CT等，但由于是在地表施工，因此其布置困难，探测过程繁琐，且成本较高；超声检测方法是通过盾构机刀盘上布设的钻孔通道钻取多个探测孔，利用超声波检测仪在孔中前后移动进行前方地质探测，该方法需要在掌子面上打多个钻孔，且受到盾构机内空间的限制，操作复杂。TRT技术是利用地震波反射原理来实现对前方地质结构的探测，该技术需要在隧道壁以及隧道顶部布设大量接收器，利用采集到的地震波信号，首先截取直达波，获得直达波速度，根据众多离散的直达波速信息设定一个背景速度场，而后以该背景波速场对未知地质体进行扫描分析，同时结合反射波信息，计算地质异常区位置，以及其与背景波速的差异程度，因此背景波速的选择对预报结果的正确性有着十分重要的作用，然而，该技术对于直达波速的计算不准确，导致背景波速的选取经常不合理，因此使得预报结果通常有很大误差。
技术实现思路
针对现有的地质检测方法复杂、设置困难以及探测结果误差大的问题，本专利技术提出了一种声波探测系统及其工作方法，解决了探测成本高、操作复杂的问题。为解决以上技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种声波探测系统，包括设置在刀盘上的声波发射器和声波接收器，所述声波发射器通过第一信号转接放大装置与控制系统电连接，声波发射器与第一信号转接放大装置相连通，且第一信号转接放大装置与压力调节系统相连通；所述声波接收器通过第二信号转接放大装置与控制系统电连接，声波接收器与第二信号转接放大装置相连通，且第二信号转接放大装置与压力调节系统相连通。所述压力调节系统包括旋转连通件，旋转连通件的一端与气泵相连通，旋转连通件的另一端分别与第一信号转接放大装置和第二信号转接放大装置相连通；所述气泵与气源相连通，且气泵与控制系统电连接。所述气泵上设有用于控制气泵与旋转连通件之间气路的单向电磁阀，且单向电磁阀与控制系统电连接。所述旋转连通件上设有气路连接头，气路连接头通过第一气路与第一信号转接放大装置相连通，且气路连接头通过第二气路与第二信号转接放大装置相连通；所述第一气路上设有第一压力传感器和第一泄压阀，且第一压力传感器与控制系统电连接。所述第二气路上设有第二压力传感器和第二泄压阀，且第二压力传感器与控制系统电连接。所述第一泄压阀为第一电磁泄压阀，第二泄压阀为第二电磁泄压阀，第一电磁泄压阀通过第一控制器与控制系统相连接，第二电磁泄压阀通过第二控制器与控制系统相连接，且第一控制器与第一压力传感器相连接，第二控制器与第二压力传感器相连接。所述控制系统包括与盾构机相连接的PLC，PLC与上位机相连接，上位机通过扫频仪与功率放大器相连接，且功率放大器与第一信号转接放大装置相连接，第二信号转接放大装置与上位机相连接。以上所述声波探测系统的工作方法，包括如下步骤：S1，通过上位机设定声波接收器的振动膜后的系统气压值和声波发射器的声波信号频率；S2，上位机、压力调节系统的第一控制器和压力调节系统的第二控制器根据第一压力传感器所检测的气压和第二压力传感器所检测的气压调节第一气路和第二气路上的气压；S3，上位机通过PLC检测盾构机的掘进状态，若盾构机处于正常掘进状态，通过上位机输入声波发射指令，控制系统的扫频仪根据声波发射指令提供频率编码电压信号，产生扫频信号；S4，扫频信号经由控制系统的功率放大器的高保真增幅后，经旋转连通件和第一信号转接放大装置发送至声波发射器；S5，声波发射器发射声波信号，声波信号经前方地质反射后，声波接收器的振动膜接收到反射波的振动，声波接收器将振动膜的机械振动转换为模拟信号，模拟信号经第二信号转接放大装置传输；S6，上位机接收步骤S5中第二信号转接放大装置所传输的信号，并对信号进行处理。本专利技术的有益效果：声波发射器和声波接收器均集成在刀盘上，无需现场安装，且不用现场另行钻孔布置，不占用隧道空间，结构简单，可以实现盾构机掘进过程中的实时探测，显著提高施工效率；压力调节系统可以自动对声波发射器和声波接收器的振动膜后的压力进行调节，对振动膜起到保护的作用，确保了声波信号的精度；功率放大器对发射信号进行放大，提高了发射能量，使得发射信号能够有效穿透掌子面前方土层，提高了接收信噪比；控制系统可以对声波发射器的发射信号进行调整，并对声波接收器的信号进行处理，实现方便，上位机对接收信号进行处理，实现了人机的交互，方便实时成像显示掌子面前方的地质信息。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的结构示意图。图中，1为声波发射器，2为声波接收器，3为第一信号转接放大装置，4为第二信号转接放大装置，5为数据转换器，6为旋转连通件，7为压力调节系统。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：一种声波探测系统，如图1所示，包括固定设置在刀盘上的声波发射器1和声波接收器2，声波发射器1发射的声波信号经前方地质反射后由声波接收器2接收；所述声波发射器1与第一信号转接放大装置3电连接，声波接收器2与第二信号转接放大装置4电连接，本实施例中，第一信号转接放大装置3和第二信号转接放大装置4均为集线器，集线器固定设置在刀盘上，并随刀盘一起旋转，集线器可以对转接信号进行整形放大，以扩大传输距离；第一信号转接放大装置3和第二信号转接放大装置4均通过数据转换器5与控制系统电连接，数据转换器5固定设置在刀盘上，并随刀盘一起旋转，数据转换器5用于对所传输的电信号进行模拟信号和数字信号之间的转换，便于接收；另一方面，数据转换器5还可以对声波发射器1和声波接收器2的传输信号进行整理，减少了传输电缆的数量；控制系统可以对声波发射器1所发射信号的频率和振幅进行设定，控制系统发出信号，信号依次经数据转换器5和第一信号转接放大装置3发射到声波发射器1，以控制声波发射器1发射信号，声波接收器2接收信号后，经第二信号转接放大装置4和数据转换器5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声波探测系统，包括设置在刀盘上的声波发射器（1）和声波接收器（2），其特征在于，所述声波发射器（1）通过第一信号转接放大装置（3）与控制系统电连接，声波发射器（1）与第一信号转接放大装置（3）相连通，且第一信号转接放大装置（3）与压力调节系统（7）相连通；所述声波接收器（2）通过第二信号转接放大装置（4）与控制系统电连接，声波接收器（2）与第二信号转接放大装置（4）相连通，且第二信号转接放大装置（4）与压力调节系统（7）相连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种声波探测系统，包括设置在刀盘上的声波发射器（1）和声波接收器（2），其特征在于，所述声波发射器（1）通过第一信号转接放大装置（3）与控制系统电连接，声波发射器（1）与第一信号转接放大装置（3）相连通，且第一信号转接放大装置（3）与压力调节系统（7）相连通；所述声波接收器（2）通过第二信号转接放大装置（4）与控制系统电连接，声波接收器（2）与第二信号转接放大装置（4）相连通，且第二信号转接放大装置（4）与压力调节系统（7）相连通。


2.根据权利要求1所述的声波探测系统，其特征在于，所述压力调节系统（7）包括旋转连通件（6），旋转连通件（6）的一端与液压泵相连通，旋转连通件（6）的另一端分别与第一信号转接放大装置（3）和第二信号转接放大装置（4）相连通；所述液压泵与油箱相连通，且液压泵与控制系统电连接。


3.根据权利要求1所述的声波探测系统，其特征在于，所述压力调节系统（7）包括旋转连通件（6），旋转连通件（6）的一端与气泵相连通，旋转连通件（6）的另一端分别与第一信号转接放大装置（3）和第二信号转接放大装置（4）相连通；所述气泵与气源相连通，且气泵与控制系统电连接。


4.根据权利要求3所述的声波探测系统，其特征在于，所述气泵上设有用于控制气泵与旋转连通件（6）之间气路的单向电磁阀，且单向电磁阀与控制系统电连接。


5.根据权利要求3或4所述的声波探测系统，其特征在于，所述旋转连通件（6）上设有气路连接头，气路连接头通过第一气路与第一信号转接放大装置（3）相连通，且气路连接头通过第二气路与第二信号转接放大装置（4）相连通；所述第一气路上设有第一压力传感器和第一泄压阀，且第一压力传感器与控制系统电连接。


6.根据权利要求5所述的声波探测系统，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓方青，王杜娟，董兴蒙，贾连辉，翟宇文，李光，成思，叶蕾，苑洪伟，杨艳军，张必波，王振，乔喜梅，曹硕，孙志洪，贺开伟，王文新，林福龙，魏晓龙，孙伟，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，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