筒9底部与金属盒外壳5底部固定相连，内金属套筒10内布置金属弹片11;上弹簧7下部与内金属套筒10顶板相连，上部通过金属片6连接金属杆4，上弹簧7由弹簧定位保护套8保护，防止其发生偏移，金属杆4上部顶金属盒外壳5内横向设置的钢片2;
[0023]所述内金属套筒10侧壁设有小孔，所述金属弹片11下端部伸出内金属套筒10侧壁的小孔顶在外金属套筒9内壁，所述外金属套筒9内壁上设有与金属弹片11下端部相配合的小孔，当内金属套筒10相对于外金属套筒9向上运动一段距离时，从内金属套筒10侧壁小孔中伸出的金属弹片11刚好卡在外金属套筒9内壁小孔中，从而使内金属套筒10和外金属套筒9相对位置固定。
[0024]所述数据采集电路包括电阻15、10(^定值电阻16、3.2V直流电源17、A开关18，所述电阻15为2ΚΩ定值电阻，若干2ΚΩ的电阻15并联，并联电路的导线23连接相应位置外金属套筒9底部及内金属套筒10顶板，用胶水13固定，导线23拉直并预留2-3mm空间，以防止下弹簧12抖动拉断导线23;
[0025]所述数据处理模块包括单片机处理器19、5V直流电源21、B开关22、及无线发射模块20，单片机处理器19电压获取部分连接数据采集电路中并联的电阻15两端，并将获取的电压信号转化为磨损信号，由无线发射模块20发出。
[0026]所述单片机处理器19获取并联的电阻15两端的电压值随磨损量的改变而改变，电压值与磨损量值存在--对应关系，当该监测系统磨损监测量程为20mm，灵敏度为Imm时，
电压值与磨损量值关系如图5所示，对图5进行拟合得到关系式为:
[0027]δ = 2.7502V6-27.379V5+112.17V4-244.53V3+305.6V2-218.56V+78.753
[0028]其中，δ为盾构刮刀磨损量;V为并联的电阻15两端电压值。
[0029]所述一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统工作流程为:焊接于盾构刮刀I背面的金属盒外壳5随着刮刀磨损而磨损，每磨损至一根横向的钢片2，钢片2无法承受金属杆4的压力，金属杆4弹出，上弹簧7及下弹簧12伸长并顶出内金属套筒10，导线23被拉断，为防止金属杆4受压缩回，内金属套筒10中金属弹片11弹出卡在外金属套筒9内壁小孔内；单片机处理器19获取的电压信号由于并联的电阻15数目减少而变化，在内部转换为相应的磨损量并通过无线发射模块20发出。
【主权项】
1.一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀(I)、磨损感知装置、数据采集电路、以及与数据采集电路相连的数据处理模块，其特征在于:所述磨损感知装置包括金属盒外壳(5)、在金属盒外壳(5)内多个纵向和横向等距设置的钢片(2)、以及在纵向的钢片(2)间隔内设置的弹簧触发模块，所述金属盒外壳(5)固设于盾构刮刀(I)背面，所述横向的钢片(2)从上至下逐级变短，所述弹簧触发模块下端与金属盒外壳(5)下端固定相连，其上端顶住横向设置的钢片(2);所述数据采集电路由多个并联的电阻(15)和电源及开关通过导线(23)串联组成，所述每个电阻(15)均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导线(23)相连，所述数据处理模块包括与多个并联的电阻(15)两端相连的单片机处理器(19)和与单片机处理器(19)相连的无线发射模块(20)。2.如权利要求1所述一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，其特征在于:所述弹簧触发模块包括上部开口的外金属套筒(9)和设于外金属套筒(9)内可上下移动的内金属套筒(10)，所述外金属套筒(9)底部和内金属套筒(10)之间设有下弹簧(12)，所述内金属套筒(10)上端设有上弹簧(7)和套在上弹簧(7)上的弹簧定位保护套(8)，所述上弹簧(7)顶端通过金属片(6)连接金属杆(4)，所述外金属套筒(9)底部与金属盒外壳(5)底部固定相连，所述金属杆(4)上端顶住金属盒外壳(5)内横向设置的钢片(2)，所述外金属套筒(9)底部和内金属套筒(10)顶部之间通过拉直的导线(23)相连并且与相应的电阻(15)串联。3.如权利要求2所述一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，其特征在于:所述内金属套筒(10)内设有金属弹片(11)，所述内金属套筒(10)侧壁设有小孔，所述金属弹片(11)下端部伸出内金属套筒(10M则壁的小孔顶在外金属套筒(9)内壁，所述外金属套筒(9)内壁上设有与金属弹片(11)下端部相配合的小孔，当内金属套筒(10)相对于外金属套筒(9)向上运动一段距离时，从内金属套筒(10)侧壁小孔中伸出的金属弹片(11)刚好卡在外金属套筒(9)内壁小孔中，从而使内金属套筒(10)和外金属套筒(9)相对位置固定。4.如权利要求2所述一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，其特征在于:所述金属盒外壳(5)内横向的钢片(2)上部空间填充环氧树脂(3)。5.如权利要求1至4任意一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，其特征在于:所述数据采集电路、单片机处理器(19)、以及与无线发射模块(20)均置于四氟乙烯保护箱(14)内，四氟乙烯保护箱(14)布置于盾构刮刀(I)的刀盘背面。
【专利摘要】本发明公开了一种盾构刮刀磨损在线实时监测系统，包括盾构刮刀、磨损感知装置、数据采集电路、以及数据处理模块，磨损感知装置包括金属盒外壳、在金属盒外壳内多个纵向和横向等距设置的钢片、以及弹簧触发模块，金属盒外壳固设于盾构刮刀背面，横向的钢片从上至下逐级变短，弹簧触发模块下端与金属盒外壳下端固定相连，其上端顶住横向设置的钢片；数据采集电路由多个并联的电阻和电源及开关通过导线串联组成，每个电阻均与对应的弹簧触发模块内可移动块通过导线相连，数据处理模块包括单片机处理器和无线发射模块，本发明可以实现对盾构刮刀磨损量实时监测，灵敏度和量程均可调，同时可以防止水和岩渣侵扰，适用于盾构恶劣的掘进环境。
【IPC分类】G01B7/00
【公开号】CN105627899
【申请号】CN201610127886
【发明人】刘泉声, 张建明, 张晓平, 黄兴, 张晓波
【申请人】武汉大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月7日