一种信号收发装置及软土地质隧道掘进中地质勘探系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于隧道地质勘探系统技术领域，具体涉及一种信号收发装置及软土地质隧道掘进中地质勘探系统。
【背景技术】
[0002]现有的机械式隧道掘进技术，由于开挖前方的地质不确定性，可能会遇到巨石或其他异常地质的干扰，导致掘进机的掘进速率严重下降，甚至需要停机处理，预测开挖前方地质状态的成本大，而且影响施工工期，继而影响后续建筑施工。
[0003]常规的预探方法如预钻孔法，由钻进速度的变化、钻孔取芯鉴定、钻孔冲洗液颜色、气味、岩粉及遇到的其它情况来预报地质的大概情况，这种预探方法只能逐点探测刀盘前方的地质条件，探测效率低，探测成本高，在掘进机作业期间严重降低日掘进效率。
[0004]另外软土地质对于信号的衰减严重，使得勘探的距离范围不大，探测信号不能有效地传递，而且需要应对隧道掘进中高水压和高土压力，增加了勘探的难度，勘探地质的效率低、操作困难。
【实用新型内容】，
[0005]为了克服上述隧道地质状况预测方法效率低、影响施工工期的技术缺陷，本实用新型提供一种不需额外停机的、可连续勘探地质状况的耐高压和耐磨性强的信号收发装置及软土地质隧道掘进中地质勘探系统，该系统可探测到的隧道地质信息可以深达隧道掌子面前方40m,隧道截面20m X 20m的区域。
[0006]为了解决上述问题，本实用新型按以下技术方案予以实现:
[0007]本实用新型所述信号收发装置，包括信号发射器和信号接收器，所述信号发射器，包括壳体、设置在壳体内的磁铁、绕在磁铁外的电磁线圈、以及第一膜片，所述壳体形成用于容纳所述磁铁和电磁线圈的容纳腔，所述第一膜片设置在所述壳体的一端，所述磁铁与所述第一膜片之间设置有第一压力平衡舱；所述壳体的另一端设置有密封盖板；
[0008]还包括气管，所述气管的一端与所述第一压力平衡舱连通，另一端与气体储存装置连通；
[0009]所述信号接收器，包括安装座、第二膜片、用于检测所述第二膜片振动的振动传感器、用于密封的第二盖板，所述第二膜片设置在所述安装座的一端，所述安装座的一端与第二膜片连接，另一端与第二盖板连接，所述安装座上设置有与所述第二膜片连通的第二压力平衡舱，所述振动传感器设置在所述第二膜片与所述安装座之间，所述第二压力平衡舱与气体储存装置连接。
[0010]进一步地，所述气体储存装置上储存惰性气体或氮气，避免了气体与信号发射器或信号接收器的部件发生反应，增加使用寿命。
[0011]进一步地，所述密封盖板的外端面上设置有连接座，所述连接座形成中空的气腔，所述连接座上设置有密封所述气腔的第一盖板，所述连接座上还设置有与气体储存装置连接的第一管道接头。
[0012]进一步地，为了方便第二压力平衡舱与气体储存装置相连接，所述安装座上设置有与气体储存装置相连接的第二管道接头。
[0013]进一步地，还有气管，气管的一端与所述第一气压平衡舱连通，另一端与所述气腔连通，所述气管贯穿所述磁铁和所述密封盖板。因此可以保证第一气压平衡舱的压力和气体储存装置设置的气体压力相一致。而气体储存装置压力设定和隧道中的土压和水压相协调，确保了第一膜片的内外压力的平衡，因此第一膜片即使在高压状态下也不会损坏。
[0014]进一步地，第二压力平衡舱和气体储存装置连接，可以保证第二气压平衡舱的压力和气体储存装置设置的输出压力相一致。而气体储存装置压力设定和隧道中的土压和水压相协调，确保了第二膜片的内外压力的平衡，因此第二膜片即使在高压状态下也不会损坏。
[0015]进一步地，为了更好地控制发出的信号，便于后续信号的分析，还包括用于控制所述电磁线圈通电信号的PLC控制器。
[0016]进一步地，为了更好地平衡所述第一膜片和第二膜片内外两侧的压力，还包括用于控制所述气体储存装置输出气压的调节装置，所述调节装置与所述PLC控制器连接。
[0017]进一步地，用于检测信号发射器的温度，所述气腔内设置有温度传感器。温度传感器设立的目的是确保装置内的温度不超过本实用新型技术参数设定的最高温度，确保装置检测到的数据的准确性。
[0018]—种软土地质隧道掘进中地质勘探系统，包括一个信号发射器、两个以上的信号接收器、上位机，所述PLC控制器与所述上位机连接；
[0019]所述信号发射器及所述信号接收器分别设置在掘进机的刀盘上，所述信号接收器与所述刀盘中心的距离不等；
[0020]所述PLC控制器控制所述信号发射器发出声音信号，声音信号经隧道土体传播，巨石或其他异常地质将声音信号反馈成回音信号；
[0021]所述信号接收器接收所述回音信号，并将所述回音信号反馈至上位机，所述振动传感器与所述上位机连接；
[0022]所述上位机接收所述回音信号，并将回音信号反馈给施工人员。
[0023]进一步地，由于信号发射器和信号接收器均随刀盘的转动而转动，为了防止连接管道和导线缠绕在一起，所述信号发射器及信号接收器与所述气体储存装置连接的管道上设置有旋转接头。
[0024]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0025](I)本实用新型通过在信号发射器和信号接收器中的膜片背面提供压力，使得膜片内外两侧受到的压力相等，避免了由于土体中高压将信号发射器及信号接收器损坏，影响使用寿命和发射以及接受数据的准确性。
[0026](2)将信号发射器和信号接收器设置在刀盘中，跟随掘进机刀盘的掘进而前进，可连续进行前方土体的勘探，不需要额外的停机时间，确保了施工如期进行。而且信号发射器发射的声音信号快速穿过掌子面进入土体有效传播，回音信号穿出掌子面后马上进入信号接收器，减少了信号的损耗，提高检测的精准度，有效扩大勘探的范围。
[0027](3)通过设置旋转接头，使得信号发射器和信号接收器在刀盘带动下旋转时，可以避免管线缠绕在一起，影响管线正常使用的问题。
[0028](4)通过在刀盘不同半径位置设置多个信号接收器，通过记录不同位置的信号接收器接收到的回声信号的时间差来确定前方巨石或其他异常地质的距离，通过检测回声信号的强度来确定前方巨石或其他异常地质的地质状况。
[0029](5)本实用新型勘探效率高，在隧道掘进机推进中进行监测，没有额外的停机时间，确保了施工正常进行。不需要逐点监测，信号发射器每次发出的声音信号都以信号发射器为圆心沿前方土体辐射开，单次勘探的范围广，探测到的地质信息可以深达隧道掌子面前方40m，隧道截面20m X 20m的区域。而且全自动化的控制，节省人力资源成本。
【附图说明】
[0030]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细的说明，其中:
[0031]图1是本实用新型所述信号收发装置的信号发射器的结构示意图
[0032]图2是本实用新型所述信号收发装置的信号发射器的剖视图；
[0033]图3是本实用新型所述信号收发装置的信号接收器的剖视图；
[0034]图4是本实用新型所述软土地质隧道掘进中地质勘探系统的控制原理图。
[0035]图中:1_信号发射器，11-第一膜片，12-端盖，121-第一压力平衡舱，13-磁铁，14-电磁线圈，15-壳体，16-气管，17-密封盖板，18-连接座，181-气腔，182-温度传感器，183-第一气管接头，19-第一盖板，2-信号接收器，21-第二膜片，22-固定座，23-振动传感器，24-安装座，241-第二压力平衡舱，242-法兰，25-第二管道接头，26-第二盖板，3-数字转换器，4-旋转接头，5-氮气储存装置，6-调节装置，7-上位机，8-PLC控制器
【具体实施方式】
[0036]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0037]如图1?图4所示，本实用新型所述信号收发装置，包括信号发射器1、信号接收器2，所述信号发射器I包括形成容纳腔的壳体15、设置在壳体15容纳腔内的磁铁13、绕在所述磁铁13上的电磁线圈14、第一膜片11、密封盖板17，所述壳体15的一端设置有端盖12，另一端设置有密封的第一盖板19，所述第一膜片11设置在所述端盖12上，所述端盖12设置有通孔，使得所述第一膜片11与所述磁铁13之间形成第一压力平衡舱121。
[0038]磁铁13、电磁线圈14和第一膜片11共同作用产生所需要的不同频率的声波，所发射声波的频率可以通过电磁线圈14的控制信号来实现。电磁线圈14的控制信号由PLC控制器8来实