[0076] 此时，当切削类刀具每磨损2_，相当于梯形电容网络的阶数减少1阶。根据实际需 要，如果切削类刀具的最大磨损量为40mm，那么则采用20阶梯形电容网络的传感器。
[0077] 表1示出了本实施例中1~20阶梯形电容网络的电容值与磨损量的具体对应关系：
[0078] 表 1
[0079]
[0080]
[0081]从表1所示的数据可以看出，在本实施例所提供的盾构机刀具磨损检测装置中，随 着刀具磨损量的增加，传感器的梯形电容网络的总容值是近似线性减小的，这样也就使得 该检测装置所检测到的刀具磨损量更加准确。
[0082]对于某一传感器来说，其只能够通过自身电容的变化反映出该传感器自身位置处 的刀具磨损量，却无法准确、全面地的反映出整个刀具不同位置处的磨损量以及磨损形状。
[0083] 为了更加准确、全面的获取盾构机刀具的磨损状态，在本发明的一个实施例中，盾 构机刀具磨损检测装置中还可以配备多个传感器，这些传感器可以根据需要安装在盾构机 刀具的不同位置处。具体地，如图5所示，在该实施例中，同一盾构机刀具中的传感器优选地 采用等间距且相互平行的方式进行配置。当然，在本发明的其他实施例中，同一盾构机刀具 中传感器的配置方式还可以采用其他合理方式（例如不等间距且/或彼此存在一定角度 差），本发明不限于此。
[0084] 对应于上述多个传感器，盾构机刀具磨损检测装置中还可以配备多个信号调理电 路以及数据处理电路。当然，盾构机刀具磨损检测装置还可以采用同一套具有多通道的信 号调理电路和数据处理电路来根据上述多个传感器输出的第一电信号确定出这些传感器 各自位置处的磨损量数据。同时，根据所得到的这些传感器各自位置处的磨损量数据，数据 处理电路还可以确定出盾构机刀具的磨损形状数据等。
[0085] 本实施例中，为了使得盾构机的操作人员能够方便的获取到数据处理电路所确定 出的盾构机刀具磨损量数据，本实施例所提供的盾构机刀具磨损检测装置还包括信号发射 电路304和信号接收电路305。其中，信号发射电路304与数据处理电路303连接，用于将数据 处理电路303所生成的磨损量数据和磨损形状数据转换为无线信号向外发送。其中，信号发 射电路304优选地设置在盾构机刀具的刀盘背面。
[0086] 信号接收电路305优选地设置在隧道掘进机的前盾位置处，其能够接收信号发射 电路304所发出的无线信号，并将该无线信号转换为对应的电信号（即第三电信号)传输给 隧道掘进机的盾构主控室。这样也就将盾构机刀具的磨损数据传输给了盾构主控室，从而 方便处于盾构主控室内的操作人员进行观察分析。
[0087] 本发明还提供了一种盾构机刀具磨损检测系统，该系统包括盾构机刀具以及如上 所述的盾构机刀具磨损检测装置。
[0088]从上述描述中可以看出，本发明首先提供了一种用于盾构机刀具磨损检测的传感 器，该传感器采用梯形电容网络来对盾构机刀具的磨损量进行检测。该传感器结构简单，易 于实现。同时，为了更加准确地检测出盾构机刀具的磨损量，本发明中将传感器中梯形电容 网络配置为整个网络的电容值随阶数的减小而近似线性减小。
[0089] 本发明还提供了一种利用上述传感器对盾构机刀具磨损量进行检测的装置和系 统，相较于现有的盾构机磨损量检测装置，本发明所提供的装置能够更加准确地确定出盾 构机刀具的磨损量，同时，在需要的情况下，通过配置多个传感器还可以确定出盾构机刀具 的磨损形状。
[0090] 应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构、处理步骤 或材料，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理 解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
[0091] 说明书中提到的"一个实施例"或"实施例"意指结合实施例描述的特定特征、结构 或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语"一个实 施例"或"实施例"并不一定均指同一个实施例。
[0092] 虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术 人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节 上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。
【主权项】
1. 一种用于盾构机刀具磨损检测的传感器，其特征在于，所述传感器包括梯形电容网 络，其中，所述梯形电容网络包括： 若干第一电容，所述若干第一电容串联形成第一电容网络，所述第一电容网络的第一 端形成所述梯形电容网络的第一外接端口； 若干第二电容，所述第一电容网络的两端以及第一电容网络中相邻第一电容的交点均 与一第二电容的第一端连接，各个所述第二电容的第二端通过导线连接并形成所述梯形电 容网络的第二外接端口。2. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述第一电容与第二电容的容值之比大于 预设比值，所述预设比值的取值范围包括[800，1200]。3. 如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述第一电容网络的形状呈直线状。4. 如权利要求1~3中任一项所述的传感器，其特征在于，所述第一电容网络中相邻第 一电容之间的间距相等。5. 如权利要求4所述的传感器，其特征在于，相邻第一电容之间的间距的取值范围包括 [1mm,3mm]〇6. 如权利要求1~5中任一项所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括： 电容网络套，所述梯形电容网络设置在所述电容网络套内； 和/或，第一外接线和第二外接线，所述第一外接线和第二外接线分别与所述梯形电容 网络的第一外接端口和第二外接端口连接。7. -种盾构机刀具磨损检测装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1~6中任一 项所述的传感器。8. 如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 信号调理电路，其与所述传感器连接，用于对所述传感器输出的表征所述传感器中梯 形电容网络的当前电容值的第一电信号进行调理，得到第二电信号； 数据处理电路，其与所述信号调理电路连接，用于根据所述第二电信号确定所述盾构 机刀具的磨损量数据。9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述信号调理电路包括串联的运算放大电路 和整形滤波电路。10. 如权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述数据处理电路包括模数转换电路和 处理器，所述模数转换电路连接在所述信号调理电路和处理器之间。11. 如权利要求8~10中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 信号发射电路，其与所述信号处理电路连接，用于将所述磨损量数据转换为无线信号 向外发射； 信号接收电路，其用于接收所述无线信号，并根据所述无线信号生成对应的第三电信 号。12. 如权利要求8~11中任一项所述的装置，其特征在于，所述数据处理电路配置为根 据所述第二电信号计算所述传感器中梯形电容网络的当前电容值，并根据所述当前电容值 计算所述梯形电容网络的当前阶数，进而根据所述当前阶数确定所述盾构机刀具的磨损量 数据。13. 如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述数据处理电路根据如下表达式计算所 述梯形电容网络的当前阶数：其中，C(i)表示当前阶数为i的梯形电容网络的当前电容值，&表示第一电容的电容值， η表不第二电容与第一电容的电容值之比，A(i，k)和B(i，k)分别表不分子系数矩阵A和分母 系数矩阵B中第i行第k列的元素。14. 一种盾构机刀具系统，其特征在于，所述盾构机刀具系统包括： 盾构机刀具； 如权利要求7~13中任一项所述的盾构机刀具磨损检测装置，其传感器设置在所述盾 构机刀具中并延伸至所述盾构机刀具的刀面处。15. 如权利要求14所述的盾构机刀具系统，其特征在于，所述盾构机刀具中形成有导 孔，所述传感器设置在所述导孔中，所述导孔的端口处形成有螺纹孔。
【专利摘要】用于盾构机刀具磨损检测的传感器及装置、刀具系统，该传感器包括梯形电容网络，其中，梯形电容网络包括：若干第一电容，若干第一电容串联形成第一电容网络，第一电容网络的第一端形成梯形电容网络的第一外接端口；若干第二电容，第一电容网络的两端以及第一电容网络中相邻第一电容的交点均与一第二电容的第一端连接，各个第二电容的第二端通过导线连接并形成梯形电容网络的第二外接端口。该传感器结构简单，易于实现，其能够更加准确地反应出盾构机刀具的磨损量。
【IPC分类】E21D9/08, G01B7/06
【公开号】CN105466327
【申请号】CN201511023637
【发明人】程永亮, 暨智勇, 夏毅敏, 兰浩, 薛静, 李建芳
【申请人】中国铁建重工集团有限公司
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月31日