一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，该装置的核心单元包括：多功能并行联用主机控制模块、时分复用控制模块、激励源控制模块与并行高速采集模块。其中，激励源控制器集成了激电恒流供电电路、弹性波及震电路与雷达波触发电路三个部分；高速采集模块由激电测量通道地震波传感通道与雷达波接收通道组成。本发明实现了多种探测单元的准同步探测，同时克服了供电单元与弱点采集信号的干扰问题，实现综合地球物理探测仪器与隧道掘进机的集成与一体化，提高了隧道掘进机的探测效率与探测精度。
【专利说明】—种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展与科技的进步，在隧道开挖方面隧道掘进机的使用频率大大增力口，对于其前方的地质情况的探测也亟待解决，并且地质超前预报勘探仪器层出不穷，然而隧道掘进机的装置十分复杂，刀盘改装空间和超前预报时间十分有限，掘进机施工的超前预报时间仅有I小时左右，然而现存的探测方式一般为单一方法探测，费时费力不能够满足快速、准确的探测出掘进机前方的不良地质体的要求。
[0003]为了实现隧道掘进机地质超前预报高效率探测，需研制一体化、集成化的测量控制多功能装置，实现多种探测单元同时同步探测，提高探测精度，提高探测效率，满足隧道掘进机超前探测的时间极短的前提下，在掘进机施工条件下实现综合地球物理探测。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决上述问题，实现隧道掘进机地质超前预报的高效率探测，提出一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，本发明运用时分复用的方法实现多类型地球物理探测单元(极小偏移距弹性波探测单元、聚焦三维激发极化探测单元、钻孔定向雷达探测单元)的集成与探测方法的准同步进行，从而大大提高了隧道掘进机地质超前预报探测效率，满足施工要求。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，包括多功能并行联用主机控制模块、时分复用控制模块、激励源控制模块与并行数据采集模块，其中:
[0007]所述时分复用控制模块，接收多功能并行联用主机控制模块发送的控制指令，时分复用模块对指令进行识别，并将探测控制指令发送到激励源控制模块，将数据采集指令发送到并行数据采集模块；
[0008]所述激励源控制模块，接收时分复用控制模块传来的指令，分析处理后，根据解析内容，发送命令给供电控制模块、激震控制模块和电磁波发射控制模块；
[0009]所述并行数据采集模块，接收时分复用控制模块传来的指令，与测量控制模块、传感采集控制模块、电磁波接收控制模块通信。
[0010]所述供电控制模块，接收激励源控制模块的命令，连接多路电流恒流智能感控供电模块，调制多路恒定的电流输出。
[0011]所述激震控制模块，接收激励源控制模块的命令，产生驱动磁致伸缩激震电路的脉冲电流，与磁致伸缩激震电路连接。
[0012]所述电磁波发射控制模块，接收激励源控制模块的命令，控制雷达波触发电路，产生驱动电磁场发射的高压脉冲电流。
[0013]所述测量控制模块，采集激电多通道测量电路的数据，并将其传输给并行数据采集模块。
[0014]所述传感采集控制模块，采集弹性波传感通道的数据，并将其传输给并行数据采集模块。
[0015]所述电磁波接收控制模块，采集雷达波接收采集模块的数据，并将其传输给并行数据采集模块。
[0016]所述多路电流恒流智能感控供电模块、激电多通道测量电路，与三维激发极化探测单元连接。
[0017]所述雷达波触发电路、雷达波接收采集模块连接钻孔定向雷达探测单元。
[0018]所述弹性波传感通道、磁致伸缩激震电路，与极小偏移距弹性波探测单元连接。
[0019]一种采用上述时分复用联用装置，其具体工作方法为:极小偏移距弹性波探测单元、聚焦三维激发极化探测单元和钻孔定向雷达探测单元的每一种探测单元的数据采集，在两个数据测点的采集间隙都有等待时间，该等待时间取决于测点切换机械的动作时间，在该等待时间内，时分复用联用装置进行对另一探测单元的数据采集工作，即在其中一个探测单元数据采集的间隙进行另一种探测单元的数据采集。
[0020]本发明的工作原理为:通过采用时分复用的方法，实现极小偏移距弹性波探测单元、聚焦三维激发极化探测单元和钻孔定向雷达探测单元的集成与探测准同步进行。具体实现方式为:每一种探测单元进行测量时，在两个数据测点的采集间隙都有一定的等待时间，该等待时间取决于测点切换机械动作时间，在该等待时间内，装置进行对另一探测单元的数据采集工作，即在其中一个探测单元数据采集的间隙进行另一种探测单元的数据采集，从而实现了在整个探测过程中不同时间段内均有探测单元进行探测，达到准同步探测的功能。本发明实现两种或三种探测方法的时分复用准同步探测，大大提高探测效率，满足隧道掘进机超前探测的时间极短的要求，使掘进机施工条件下综合地球物理探测成为可倉泛。
[0021]本发明的有益效果为:
[0022]1、本发明具有“时分复用探测”功能的高速联用主机，实现各探测单元的集成化与准同步探测，提闻了探测效率与精度。
[0023]2、本发明采用了高压聚乙烯绝缘体、铜网、聚氯乙烯隔离套实现了供电大电流对弱电采集信号的干扰问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明的结构示意图。
[0025]其中，1.多功能并行联用主机控制模块，2.时分复用控制模块，3.激励源控制模块，4.并行数据采集模块，5.供电控制模块，6.测量控制模块，7.激震控制模块，8.传感采集控制模块，9.电磁波发射控制模块，10.电磁波接收控制模块，11.多路电流恒流智能感控供电模块，12.激电多通道测量电路，13.磁致伸缩激震电路，14.弹性波传感通道，15.雷达波触发电路，16.雷达波接收采集模块，17.三维激发极化探测单元，18.三分量检波器，19.磁致伸缩激震器，20.钻孔定向雷达探测单元。
【具体实施方式】:[0026]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0027]如图1所示，它的核心单元包括:多功能并行联用主机控制模块1、时分复用控制模块2、激励源控制模块3、与并行数据采集模块4，其中，激励源控制模块集成了供电控制模块5、激震控制模块7、电磁波发射控制9三个部分；并行数据采集模块4由测量控制模块
6、传感采集控制模块8、电磁波接收控制模块10三部分组成。
[0028]时分复用控制模块2，根据地质状况经多功能并行联用主机控制模块I进行指令的发送，采用时分复用探测策略，选择其中两个或三个探测单元并在测点切换与机械动作时实施准同步控制与激发，从而完成多种探测模式的自动化工作方式。在探测完成后，分时复用控制模块2接收来自多功能并行联用主机控制模块I的并行接收指令，将指令解译并传至并行数据采集模块4，实现对多种探测单元的数据采集。
[0029]激励源控制模块3主要实现多功能联用主机与供电控制模块5、激震控制模块7、电磁波发射控制模块9之间的通信协调与控制。多功能并行联用主机控制模块I通过发送并行控制指令给时分复用控制模块2，并经时分复用控制模块2发送控制命令给激励源控制模块3，激励源控制模块3接收命令并解析后，根据地址解析内容，将相关命令发送给对应的控制模块，从而实现供电控制模块5、激震控制模块7、电磁波发射控制模块9的控制与激发。
[0030]三个控制过程，多路电流恒流智能感控供电模块11，调制多路恒定的大电流输出；激震控制模块7接收并解析控制指令后，驱动激震控制模块7产生驱动磁致伸缩激震电路13的脉冲电流；电磁波发射控制模块9控制雷达波触发电路15,产生驱动电磁场发射的高压脉冲电流，从而实现多功能并行联用主机控制模块I对各个控制模块之间的联用控制。
[0031]三种探测单元，聚焦三维激发极化探测单元、极小偏移距弹性波探测单元、钻孔定向雷达探测单元，极小偏移距弹性波探测单元包括三分量检波器18、磁致伸缩激震器19，在这三种探测单元同时进行探测的情况下，存在供电大电流与数据采集信号，其中供电大电流为强电信号，数据采集信号为弱电信号，必然存在强电信号对弱电信号的干扰问题。为了避免这种干扰，采用了高压聚乙烯绝缘体、铜网、聚氯乙烯隔离套，很好的实现了强弱电信号的激发与采集，从而保证了最终并行数据采集模块所采集的数据的正确性。
[0032]通过采用时分复用的方法，实现极小偏移距弹性波探测单元、聚焦三维激发极化探测单元和钻孔定向雷达探测单元的集成与探测准同步进行。具体实现方式为:每一种探测单元进行测量时，在两个数据测点的采集间隙都有一定的等待时间，该等待时间取决于测点切换机械动作时间，在该等待时间，装置进行对另一探测单元的数据采集工作，即在其中一个探测单元数据采集的间隙进行另一种探测单元的数据采集，从而实现了在整个探测过程中不同时间段内均有探测单元进行探测，达到准同步探测的功能。本发明实现两种或三种探测方法的时分复用准同步探测，大大提高探测效率，满足隧道掘进机超前探测的时间极短的要求，使掘进机施工条件下综合地球物理探测成为可能。
[0033]在所有探测单元完成后，多功能并行联用主机控制模块I发送并行采集命令，经时分复用控制模块2传至并行数据采集模块4，完成对测量控制模块6、传感采集控制模块
8、电磁波接收控制模块10的高速采集功能。
[0034]三个采集过程，激电多通道测量电路12经测量控制模块6，弹性波传感通道14经传感采集控制模块8，雷达波接收采集模块16经电磁波接收控制模块10，在多功能并行联用主机控制模块I的并行采集控制指令下，再经过并行数据采集模块4对所有探测数据信号进行采集，最终完成对数据的同步信号采集，磁致伸缩激震电路11、激电多通道测量电路12，采集三维激发极化探测单元17的信息，雷达波触发电路15、雷达波接收采集模块16采集钻孔定向雷达探测单元20的信息，极小偏移距弹性波探测单元包括三分量检波器18、磁致伸缩激震器19 ;弹性波传感通道14采集三分量检波器18的信息，磁致伸缩激震电路13采集磁致伸缩激震器19的信息。
[0035] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:包括多功能并行联用主机控制模块、时分复用控制模块、激励源控制模块与并行数据采集模块，其中: 所述时分复用控制模块，接收多功能并行联用主机控制模块发送的控制指令，时分复用模块对指令进行识别，并将探测控制指令发送到激励源控制模块，将数据采集指令发送到并行数据采集模块； 所述激励源控制模块，接收时分复用控制模块传来的指令，分析处理后，根据解析内容，发送命令给供电控制模块、激震控制模块和电磁波发射控制模块； 所述并行数据采集模块，接收时分复用控制模块传来的指令，与测量控制模块、传感采集控制模块、电磁波接收控制模块通信。
2.如权利要求1所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述供电控制模块，接收激励源控制模块的命令，连接多路电流恒流智能感控供电模块，调制多路恒定的电流输出。
3.如权利要求1所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述激震控制模块，接收激励源控制模块的命令，产生驱动磁致伸缩激震电路的脉冲电流，与磁致伸缩激震电路连接。
4.如权利要求1所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述电磁波发射控制模块，接收激励源控制模块的命令，控制雷达波触发电路，产生驱动电磁场发射的高压脉冲电流。
5.如权利要求1所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述测量控制模块，采集激电多通道测量电路的数据，并将其传输给并行数据采集模块； 所述传感采集控制模块，采集弹性波传感通道的数据，并将其传输给并行数据采集模块； 所述电磁波接收控制模块，采集雷达波接收采集模块的数据，并将其传输给并行数据采集模块。
6.如权利要求2或5所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述多路电流恒流智能感控供电模块和激电多通道测量电路，与三维激发极化探测单元连接。
7.如权利要求4或5所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述雷达波触发电路、雷达波接收采集模块连接钻孔定向雷达探测单元。
8.如权利要求5所述的一种用于隧道掘进机地质超前预报的时分复用联用装置，其特征是:所述弹性波传感通道、磁致伸缩激震电路，与极小偏移距弹性波探测单元连接。
9.一种采用上述时分复用联用装置，其特征是:具体工作方法为:极小偏移距弹性波探测单元、聚焦三维激发极化探测单元和钻孔定向雷达探测单元的每一种探测单元的数据采集，在两个数据测点的采集间隙都有等待时间，该等待时间取决于测点切换机械的动作时间，在该等待时间内，时分复用联用装置进行对另一探测单元的数据采集工作，即在其中一个探测单元数据采集的间隙进行另一种探测单元的数据采集。
【文档编号】G01V11/00GK103713334SQ201410006702
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】聂利超, 田明禛, 李术才, 刘斌, 王静, 李尧, 宋杰, 刘征宇, 王传武, 陈磊, 许新骥 申请人:山东大学