传感器提供差分电压，它横向的设置于所述壳体的下端，在所 述差分电源板的下端设有一 ASIC电路以及设置有三个传感器电源插槽，所述三个传感器 电源插槽的设置位置与三个单分量传感器的摆放位置相匹配，三个相互正交的单分量传感 器分别插设于所述三个传感器电源插槽内以形成一个相互正交的三分量传感器，所述ASIC 电路用于将相互正交的三分量传感器采集到的溶洞信息进行编码以模拟电压信号，并传到 所述微处理单元进行处理，所述微处理单元进行处理后通过所述传感器信号线缆传递至与 之连接的一上位机； 所述底盖呈锥形，在所述底盖的纵向方向分布有多层阶梯台以使三个相互正交的单分 量传感器的MEMS微电子感应模块最大面积的与所述阶梯台接触，每一层阶梯台均沿底盖 的内表面的周向设置，每一层阶梯台呈与所述底盖的内周面相匹配的多边形状。
2. 如权利要求1所述的三分量路基溶洞检测传感器，其特征在于：在所述相互正交的 三分量传感器中，第一个单分量传感器和第二个单分量传感器水平方向设置，并且它们的 朝向不相同，第一个单分量传感器和第二个单分量传感器之间的夹角为90度；第三个单分 量传感器呈与所述第一个单分量传感器和第二个单分量传感器垂直的方向设置，并且该第 三个单分量传感器立于第一个单分量传感器和第二个单分量传感器之间的位置；所述第一 个单分量传感器和第二个单分量传感器的 MEMS微电子感应模块分别搁置于位于锥形底盖 的顶端的一层阶梯台上，所述第三个单分量传感器的MEMS微电子感应模块搁置于位于锥 形底盖的底端的一层阶梯台上，以使得上述的两个阶梯台分别与第一、第二以及第三个单 分量传感器最大面积的接触。
3. 如权利要求1所述的三分量路基溶洞检测传感器，其特征在于：所述微处理单元包 括一 A/D转换模块、一第一 SDRAM、一第二SDRAM、一 FPGA处理芯片，所述A/D转换模块与所 述ASIC电路连接，用于使ASIC传递过来的模拟电压信号进行模数转换，将将转换后的数字 信号传递至FPGA处理芯片进行处理，所述FPGA芯片与所述A/D转换模块连接，用于高速控 制，对信号进行放大滤波处理，所述第一 SDRAM和第二SDRAM均与所述FPGA处理芯片连接， 用于交替地接收处理数据和向上位机传输。
4. 如权利要求1至3中任一项权利要求所述的三分量路基溶洞检测传感器，其特征在 于：所述传感器信号线缆的信号接入端与所述微处理单元连接，所述传感器信号线缆的信 号输出端从所述顶盖的侧面穿出以与所述上位机连接。
5. 如权利要求4所述的三分量路基溶洞检测传感器，其特征在于：所述顶盖包括一握 持部以及与所述握持部下端连接的连接部，所述握持部和连接部均呈圆柱形，所述握持部 的外径小于所述连接部的外径，在所述连接部的外周面开设有外螺纹，所述壳体的上端开 设有内螺纹，用以与所述顶盖螺纹配合；在所述握持部的内部设置有用于使传感器信号线 缆穿过的过线通道，在所述握持部的外周面开设有一供所述传感器信号线缆穿出的出口， 所述传感器信号线缆的信号输出端穿出所述出口以与所述上位机连接。
6. -种三分量路基溶洞检测系统，其特征在于：包括至少一个如权利要求1至5中任 一项权利要求所述的三分量路基溶洞检测传感器以及一上位机； 所述三分量路基溶洞检测传感器，用于同时采集三个不同方向的震波信号，将所述震 波信号经过初步处理后形成一采集数据进行缓存，并通过传感器信号线缆将该采集数据传 递至上位机； 所述上位机，用于接收所述采集数据，根据所述采集数据计算分析以得出溶洞反射点P 点的坐标（Up，vP，Wp)，其中，Up是P点相对于三分量传感器中心0'的U轴分量，所述V P是P 点相对于三分量传感器中心0'的V轴分量，Wp是P点相对于三分量传感器的中心0'的W 轴分量； 将所述溶洞反射点P点的坐标（Up，vP，Wp)转换为被检测路基的标准坐标系OXYZ的坐 标（Xp，Yp，Zp)，以得到所述溶洞反射点P点相对的路基表面的的位置坐标，其中0是路基标 准坐标中心，X p是P点相对于路基标准坐标中心0点的X轴分量，Yp是P点相对于路基标 准坐标中心0点的Y轴分量，Z p是P点相对路基标准坐标中心0点的Z轴分量。
7. 如权利要求6所述的三分量路基溶洞检测系统，其特征在于，所述上位机还用于在 接收到所述采集数据之后，将此次接收到的采集数据与在此次采集数据之前的采集数据进 行比较，以判断是否存在溶洞，若存在溶洞，则根据此次接收到的采集数据计算得出所述溶 洞反射点P点的坐标（U p，vP，Wp)。
8. 如权利要求7所述的三分量路基溶洞检测系统，其特征在于：所述上位机还用于 通过以下公式将溶洞反射点P点的坐标（uP，v P，Wp)转换为路基的标准坐标系OXYZ的坐标 (Wp)
其中，P是三分量传感器传感器Wp轴与路基坐标系Z 5的夹角，Φ表示X P与U P的夹角， 亦为Yp与V P的夹角。
9. 如权利要求8所述的三分量路基溶洞检测系统，其特征在于：所述上位机还用于 通过以下公式将溶洞反射点P点的坐标（uP，v P，Wp)转换为路基的标准坐标系OXYZ的坐标 (Xp, Yp, Zp)； (Xp, Yp, Zp) = (Up,Vp,ffp) + (X0.,Y0.,Z0.) 其中，所述0'是指三个单分量传感器所组成的坐标中心，所述（xQ,，YQ,，z。,）是指三分 量传感器的坐标中心0'相对于路基的标准坐标系中心点0的坐标系。
10. 如权利要求6至9中任一项权利要求所述的三分量路基溶洞检测系统，其特征在 于： 所述上位机还用于在得到所述溶洞反射地震波数据，利用模糊提升小波阈值对采集数 据中的溶洞信号进行滤波以去除因复杂的采集现场环境及所述三分量路基溶洞检测传感 器本身噪声的影响；还用于利用数据融合方法将所述三分量路基溶洞检测传感器传递的采 集数据进行处理；还用于处理后的采集数据进行存储以备后期分析处理；还用于对采集数 据中的路基溶洞数据进行时频分析，还用于反演路基地层结构。
【专利摘要】本发明公开了一种三分量路基溶洞检测传感器，包括柱状的壳体、与壳体上端螺纹配合的顶盖以及与壳体下端螺纹配合的底盖、设于壳体内的微处理单元、与微处理单元连接的电源板以及与微处理单元连接的传感器信号线缆，电源板为差分电源板，为整个三分量路基溶洞检测传感器提供差分电压，它横向的设置于所述壳体的下端，在差分电源板的下端设有一ASIC电路以及设置有三个传感器电源插槽，三个传感器电源插槽的设置位置与三个单分量传感器的摆放位置相匹配；所述底盖呈锥形，在底盖的纵向方向分布有多层阶梯台以使三个相互正交的单分量传感器的MEMS微电子感应模块最大面积的与所述阶梯台接触。本发明还公开了一种三分量路基溶洞检测系统。
【IPC分类】G01S5-20, G01V1-18, E02D1-00
【公开号】CN104652396
【申请号】CN201510027967
【发明人】甘平, 柴贺军, 靳晓光, 申晓青, 张宇, 于明严, 陈卓, 李东链, 黄河, 黄扬帆, 张小松
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月20日