无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法，其装置包括控制终端、无线数据存储装置、振动信号接收装置、无线数据采集装置和振动激发装置，采用无线立体空间分布式弹性波采集仪器、无线数据存储仪器和人力小能量锤击方式，可以快捷、方便、安全的采集到大量的弹性波信号；采用多个(11个)立体空间分布的振动信号接收装置可采集到充分的、完备的、足够密度的三维空间弹性波场数据，从而分析计算得到准确的、高精度的地质三维成像。无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测装置具有信噪比极高、结构简洁、轻便、能耗低、使用安全等优点，安装简单快捷、测量效率高、探测精度高、准确度高、探测范围大等优点。
【专利说明】无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工程物探【技术领域】，可用与隧道地质超前预报探测、深埋桩基检测、探矿及其他地质探测，具体涉及一种无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法。
【背景技术】
[0002]目前，应用地震波法进行地质超前预报、桩基检测、探矿和其他地质探测是最常用最有效最快捷的方法之一。地震波法工作原理是利用在隧道围岩以排列方式激发弹性波，弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象，这种反射波被布置在隧道围岩内的检波装置接收下来，输入到仪器中进行信号的放大、数字采集和处理，实现获得隧道、隧洞掌子面前方的地质信息或深埋桩基的结构信息。
[0003]应用地震波法可探测隧道、隧洞、地下厂房等地下工程的岩土体开挖面前方的地质情况，力图在施工前掌握前方的岩土体结构、性质、状态，以及地下水、瓦斯等的赋存情况、地应力情况等地质信息，为进一步的施工提供指导，以避免施工及运营过程中发生涌水、瓦斯突出、岩爆、大变形等等地质灾害，保证施工的安全和顺利进行。
[0004]应用地震波法作为地质探测的准确性和精度主要取决与以下四个方面:1)使用更好的测试方法对观测系统进行观测，以获得有效的、足够的三维空间弹性波场数据；2)设计出或者改进所用的测量仪器/装置，提高所用的测量仪器/装置的精度和准确度，提高所采集信号的信噪比；3)研究和应用现代信号消除噪声和信号分析处理技术；4)研究和应用弹性波分析和处理方法，提高地质成像的准确度和精度。
[0005]在现有技术中，为了提供高探测的准确性和精度，通常采用以下措施:1)提高激振能力，如采用炸药爆炸产生地震的方法；2)降低探测频率；3)提高模数(A/D)转换位数的，如采用32位模数(A/D)转换；4)采用性能更加优越的传感器；5)研究和应用新的弹性波分析和处理方法。
[0006]以上方法主要有以下问题:1)单靠提高模数(A/D)转换位数(如采用32位模数转换)，当模数转换位数提高到一定程度时，很难进一步提高信噪比；2)降低探测频率虽然可以一定程度提高探测距离，但会降低探测分辨率；3)过大提高激振能力，会存在损毁探测对象的危险，并且对检测施工人员的人生安全带来很大的威胁和危害。因此研究如何提高弹性波法地质探测的准确性、精度和安全性具有重要的现实意义。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法，本发明中装置的信噪比高、结构较为简洁且能耗低，同时本发明中系统和方法安装简单快捷、测量效率高、探测精度高、准确度高且探测范围大。
[0008]实现本发明目的的技术方案是:一种无线分布式弹性波反射体探测装置，包括控制终端、无线数据存储装置、振动信号接收装置、无线数据采集装置和振动激发装置，所述振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，所述无线数据采集装置的输出端与所述无线数据存储装置无线连接，所述无线数据存储装置与所述控制终端无线连接，所述无线数据采集装置包括无线信号采集子装置、信号调理子装置、A/D转换子装置、无线通信子装置和供电电池，所述无线信号采集子装置的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述无线信号采集子装置的输出端与所述信号调理子装置的输入端相连接，所述信号调理子装置的输出端与所述A/D转换子装置的输入端相连接，所述A/D转换子装置的输出端与无线通信子装置的输入端相连接，所述无线通信子装置的输出端与所述无线数据存储装置的输入端相连接，所述供电电池与所述信号调理子装置、A/D转换子装置、无线信号采集子装置、无线通信子装置的电源端相连接。
[0009]所述无线数据存储装置包括数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置和电源，所述下位机无线通信子装置的输入端与所述无线数据采集装置无线连接，所述下位机无线通信子装置的输出端与所述数据存储子装置的输入端相连接，所述数据存储子装置的输出端与所述上位机无线通信子装置的输入端相连接，所述上位机无线通信子装置的输出端与所述控制终端无线连接，所述电源与所述数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置的电源端相连接。
[0010]所述无线数据采集装置的无线通信子装置为基于2.4GISM频段通信装置，所述无线信号采集子装置包括振动信号接收通道、信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路和无线通信电路，所述振动信号接收通道的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述振动信号接收通道的输出端依次通过信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路后与无线通信电路的输入端相连接，所述无线通信电路的输出端与所述信号调理子装置的输入端无线连接。
[0011]所述无线数据存储装置的下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置为基于2.4GISM频段通信装置和/或基于802.1lNwifi通信装置。
[0012]所述振动信号接收装置为加速器传感器，所述振动激发装置仅用于触发振动，不与任何设备有电路上的连接。
[0013]本发明还提供了一种无线分布式弹性波反射体探测系统，包括一个控制终端、一个无线数据存储装置、十一个的振动信号接收装置、十一台的无线数据采集装置和一个振动激发装置，振动信号接收装置与无线数据采集装置成对连接且振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，无线数据采集装置的输出端与无线数据存储装置的输入端通过不同信道无线连接，无线数据存储装置的输出端与所述控制终端相连接。
[0014]所述振动信号接收装置为十一个，包括第一振动信号接收装置、第二振动信号接收装置、第三振动信号接收装置、第四振动信号接收装置、第五振动信号接收装置、第六振动信号接收装置、第七振动信号接收装置、第八振动信号接收装置、第九振动信号接收装置、第十振动信号接收装置、第十一振动信号接收装置，所述无线数据采集装置为十一个，包括第一无线数据采集装置、第二无线数据采集装置、第三无线数据采集装置、第四无线数据采集装置、第五无线数据采集装置、第六无线数据采集装置、第七无线数据采集装置、第八无线数据采集装置、第九无线数据采集装置、第十无线数据采集装置、第十一无线数据采集装置，所述第一振动信号接收装置的输出端与所述第一无线数据采集装置的输入端相连接，所述第二振动信号接收装置的输出端与所述第二无线数据采集装置的输入端相连接，所述第三振动信号接收装置的输出端与所述第三无线数据采集装置的输入端相连接，所述第四振动信号接收装置的输出端与所述第四无线数据采集装置的输入端相连接，所述第五振动信号接收装置的输出端与所述第五无线数据采集装置的输入端相连接，所述第六振动信号接收装置的输出端与所述第六无线数据采集装置的输入端相连接，所述第七振动信号接收装置的输出端与所述第七无线数据采集装置的输入端相连接，所述第八振动信号接收装置的输出端与所述第八无线数据采集装置的输入端相连接，所述第九振动信号接收装置的输出端与所述第九无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十振动信号接收装置的输出端与所述第十无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十一振动信号接收装置的输出端与所述第十一无线数据采集装置的输入端相连接；
[0015]位于掌子面后方的已开挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段内均匀安装十一个振动信号接收装置，且十一个振动信号接收装置在隧道段内呈三维立体均匀设置。
[0016]第一振动信号接收装置安装在激振装置产生的震源位置；
[0017]第二振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0018]第三振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0019]第四振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；
[0020]第五个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面十七米；
[0021]第六个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；
[0022]第七个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0023]第八个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0024]第九个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；
[0025]第十个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面二十七米；
[0026]第十一个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一。
[0027]十一个振动信号接收装置接受的应力波方向为延隧道轴线方向。
[0028]本发明还提供了一种无线分布式弹性波反射体探测方法，包括如下步骤:
[0029]步骤A)共十二个激振点:第一个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第二个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第三个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第四个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第五个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第六个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第七个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第八个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第九个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第十个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第十一个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第十二个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；
[0030]步骤B)使用所述激振装置分别在各个激振点激发震动，同时触发安装在隧道内所有所述振动信号接收装置和所述无线数据采集装置同步采集振动信号；
[0031]步骤C)所述激振装置激发的震动波直接被第一个振动信号接收装置，并被第一个所述无线数据采集装置采集到；同时该震动波直接被所述无线数据存储装置接收到，并以此信号为触发信号同步触发第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个无线数据采集装置开始米集；
[0032]步骤D)每次激发震动波在传播过程中碰到前方阻抗界面时会发生反射、折射、衍射，这些激发震动波在隧道未开挖段传播的全息信号都会被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个振动信号接收装置接收到，并被各个对应的所述无线数据采集装置采集到；
[0033]步骤E)每个所述无线数据采集装置再将采集到的全息信号通过无线方式发送到所述无线数据存储装置；
[0034]步骤F)所述无线数据存储装置再将接收到的所有数据通过802.1lnffIFI方式发送到所述操作控制终端；
[0035]步骤G)所述操作控制终端接收到全部震动信号数据后进行分析处理，并绘制和生成隧道未开挖段的地质结构的全息三维图像和影像。
[0036]本发明具有积极的效果:本发明提供了一种无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法，采用无线立体空间分布式弹性波采集仪器、无线数据存储仪器和人力小能量锤击方式，可以快捷、方便、安全的采集到大量的弹性波信号；采用高位数的模数(A/D)转换、信号调理电路、运算放大电路，大幅提高信噪比，可采集到精准的弹性波信号；采用先对单个信号独立设置滤波参数方式进行滤波，然后应用二维滤波方法，进一步提高信号的信噪比；采用多个(11个)立体空间分布的振动信号接收装置可采集到充分的、完备的、足够密度的三维空间弹性波场数据，从而分析计算得到准确的、高精度的地质三维成像。无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测装置具有信噪比极高、结构简洁、轻便、能耗低、使用安全等优点，无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析系统具有安装简单快捷、测量效率高、探测精度高、准确度高、探测范围大等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中:
[0038]图1为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统原理示意图。
[0039]图2为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统的测点布置和激振点横截面布置示意图。
[0040]图3为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统的测点布置和激振点平面布置示意图。
[0041]其中:图2和图3中，“X”为激振点，“.”为传感器。
【具体实施方式】
[0042](实施例1)
[0043]图1至图3显示了本发明的一种【具体实施方式】，其中图1为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统原理示意图。图2为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统的测点布置和激振点横截面布置示意图。图3为本发明提供的无线立体空间分布式弹性波反射体追踪分析探测系统的测点布置和激振点平面布置示意图。
[0044]见图1，一种无线分布式弹性波反射体探测装置，包括控制终端、无线数据存储装置、振动信号接收装置、无线数据采集装置和振动激发装置，所述振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，所述无线数据采集装置的输出端与所述无线数据存储装置无线连接，所述无线数据存储装置与所述控制终端无线连接，所述无线数据采集装置包括无线信号采集子装置、信号调理子装置、A/D转换子装置、无线通信子装置和供电电池，所述无线信号采集子装置的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述无线信号采集子装置的输出端与所述信号调理子装置的输入端相连接，所述信号调理子装置的输出端与所述A/D转换子装置的输入端相连接，所述A/D转换子装置的输出端与无线通信子装置的输入端相连接，所述无线通信子装置的输出端与所述无线数据存储装置的输入端相连接，所述供电电池与所述信号调理子装置、A/D转换子装置、无线信号采集子装置、无线通信子装置的电源端相连接。
[0045]所述无线数据存储装置包括数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置和电源，所述下位机无线通信子装置的输入端与所述无线数据采集装置无线连接，所述下位机无线通信子装置的输出端与所述数据存储子装置的输入端相连接，所述数据存储子装置的输出端与所述上位机无线通信子装置的输入端相连接，所述上位机无线通信子装置的输出端与所述控制终端无线连接，所述电源与所述数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置的电源端相连接。
[0046]所述无线数据采集装置的无线通信子装置为基于2.4GISM频段通信装置，所述无线信号采集子装置包括振动信号接收通道、信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路和无线通信电路，所述振动信号接收通道的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述振动信号接收通道的输出端依次通过信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路后与无线通信电路的输入端相连接，所述无线通信电路的输出端与所述信号调理子装置的输入端无线连接。
[0047]所述无线数据存储装置的下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置为基于
2.4GISM频段通信装置和/或基于802.1lNwifi通信装置。[0048]所述振动信号接收装置为加速器传感器，所述振动激发装置仅用于触发振动，不与任何设备有电路上的连接。
[0049]操作控制终端可以是笔记本电脑、平板电脑或者智能手机；主要用于配置无线数据存储装置、无线数据采集装置，接收、保存弹性波信号数据，并进行数据预处理。振动激发装置为十二磅铁锤或者磁致伸缩震源；振动激发装置仅用于触发振动，不与任何设备有电路上的连接。
[0050]见图1本发明还提供了一种无线分布式弹性波反射体探测系统，包括一个控制终端、一个无线数据存储装置、十一个的振动信号接收装置、十一台的无线数据采集装置和一个振动激发装置，振动信号接收装置与无线数据采集装置成对连接且振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，无线数据采集装置的输出端与无线数据存储装置的输入端通过不同信道无线连接，无线数据存储装置的输出端与所述控制终端相连接。
[0051]所述振动信号接收装置为十一个，包括第一振动信号接收装置、第二振动信号接收装置、第三振动信号接收装置、第四振动信号接收装置、第五振动信号接收装置、第六振动信号接收装置、第七振动信号接收装置、第八振动信号接收装置、第九振动信号接收装置、第十振动信号接收装置、第十一振动信号接收装置，所述无线数据采集装置为十一个，包括第一无线数据采集装置、第二无线数据采集装置、第三无线数据采集装置、第四无线数据采集装置、第五无线数据采集装置、第六无线数据采集装置、第七无线数据采集装置、第八无线数据采集装置、第九无线数据采集装置、第十无线数据采集装置、第十一无线数据采集装置，所述第一振动信号接收装置的输出端与所述第一无线数据采集装置的输入端相连接，所述第二振动信号接收装置的输出端与所述第二无线数据采集装置的输入端相连接，所述第三振动信号接收装置的输出端与所述第三无线数据采集装置的输入端相连接，所述第四振动信号接收装置的输出端与所述第四无线数据采集装置的输入端相连接，所述第五振动信号接收装置的输出端与所述第五无线数据采集装置的输入端相连接，所述第六振动信号接收装置的输出端与所述第六无线数据采集装置的输入端相连接，所述第七振动信号接收装置的输出端与所述第七无线数据采集装置的输入端相连接，所述第八振动信号接收装置的输出端与所述第八无线数据采集装置的输入端相连接，所述第九振动信号接收装置的输出端与所述第九无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十振动信号接收装置的输出端与所述第十无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十一振动信号接收装置的输出端与所述第十一无线数据采集装置的输入端相连接；
[0052]位于掌子面后方的已开挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段内均匀安装十一个振动信号接收装置，且十一个振动信号接收装置在隧道段内呈三维立体均匀设置。
[0053]第一振动信号接收装置安装在激振装置产生的震源位置；
[0054]第二振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0055]第三振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0056]第四振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；[0057]第五个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面十七米；
[0058]第六个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；
[0059]第七个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0060]第八个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三；
[0061]第九个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；
[0062]第十个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面二十七米；
[0063]第十一个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一。
[0064]十一个振动信号接收装置接受的应力波方向为延隧道轴线方向。
[0065]见图2和图3所示，其具体实施案例如下:包括如下步骤:
[0066]步骤A)共十二个激振点:第一个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第二个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第三个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子而二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第四个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第五个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第六个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第七个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第八个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第九个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第十个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第十一个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第十二个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；
[0067]步骤B)使用所述激振装置分别在各个激振点激发震动，同时触发安装在隧道内所有所述振动信号接收装置和所述无线数据采集装置同步采集振动信号；
[0068]步骤C)所述激振装置激发的震动波直接被第一个振动信号接收装置，并被第一个所述无线数据采集装置采集到；同时该震动波直接被所述无线数据存储装置接收到，并以此信号为触发信号同步触发第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个无线数据采集装置开始米集；
[0069]步骤D)每次激发震动波在传播过程中碰到前方阻抗界面时会发生反射、折射、衍射，这些激发震动波在隧道未开挖段传播的全息信号都会被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个振动信号接收装置接收到，并被各个对应的所述无线数据采集装置采集到；
[0070]步骤E)每个所述无线数据采集装置再将采集到的全息信号通过无线方式发送到所述无线数据存储装置；
[0071]步骤F)所述无线数据存储装置再将接收到的所有数据通过802.1lnffIFI方式发送到所述操作控制终端；
[0072]步骤G)所述操作控制终端接收到全部震动信号数据后进行分析处理，并绘制和生成隧道未开挖段的地质结构的全息三维图像和影像。
[0073]显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的实质精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种无线分布式弹性波反射体探测装置，其特征在于:包括控制终端、无线数据存储装置、振动信号接收装置、无线数据采集装置和振动激发装置，所述振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，所述无线数据采集装置的输出端与所述无线数据存储装置无线连接，所述无线数据存储装置与所述控制终端无线连接，所述无线数据采集装置包括无线信号采集子装置、信号调理子装置、A/D转换子装置、无线通信子装置和供电电池，所述无线信号采集子装置的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述无线信号采集子装置的输出端与所述信号调理子装置的输入端相连接，所述信号调理子装置的输出端与所述A/D转换子装置的输入端相连接，所述A/D转换子装置的输出端与无线通信子装置的输入端相连接，所述无线通信子装置的输出端与所述无线数据存储装置的输入端相连接，所述供电电池与所述信号调理子装置、A/D转换子装置、无线信号采集子装置、无线通信子装置的电源端相连接。
2.根据权利要求1所述的无线分布式弹性波反射体探测装置，其特征在于:所述无线数据存储装置包括数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置和电源，所述下位机无线通信子装置的输入端与所述无线数据采集装置无线连接，所述下位机无线通信子装置的输出端与所述数据存储子装置的输入端相连接，所述数据存储子装置的输出端与所述上位机无线通信子装置的输入端相连接，所述上位机无线通信子装置的输出端与所述控制终端无线连接，所述电源与所述数据存储子装置、下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置的电源端相连接。
3.根据权利要求2所述的无线分布式弹性波反射体探测装置，其特征在于:所述无线数据采集装置的无线通信子装置为基于2.4GISM频段通信装置，所述无线信号采集子装置包括振动信号接收通道、信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路和无线通信电路，所述振动信号接收通道的输入端与所述振动信号接收装置的输出端相连接，所述振动信号接收通道的输出端依次通过信号调理电路、运算放大电路、A/D转换电路后与无线通信电路的输入端相连接，所述无 线通信电路的输出端与所述信号调理子装置的输入端无线连接。
4.根据权利要求3所述的无线分布式弹性波反射体探测装置，其特征在于:所述无线数据存储装置的下位机无线通信子装置、上位机无线通信子装置为基于2.4GISM频段通信装置和/或基于802.1lNwifi通信装置。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述无线分布式弹性波反射体探测装置，其特征在于:所述振动信号接收装置为加速器传感器，所述振动激发装置仅用于触发振动，不与任何设备有电路上的连接。
6.根据权利要求5所述的无线分布式弹性波反射体探测系统，其特征在于:包括一个控制终端、一个无线数据存储装置、十一个的振动信号接收装置、十一台的无线数据采集装置和一个振动激发装置，振动信号接收装置与无线数据采集装置成对连接且振动信号接收装置的输出端与所述无线数据采集装置的输入端相连接，无线数据采集装置的输出端与无线数据存储装置的输入端通过不同信道无线连接，无线数据存储装置的输出端与所述控制终端相连接。
7.根据权利要求6所述的无线分布式弹性波反射体探测系统，其特征在于:所述振动信号接收装置为十一个，包括第一振动信号接收装置、第二振动信号接收装置、第三振动信号接收装置、第四振动信号接收装置、第五振动信号接收装置、第六振动信号接收装置、第七振动信号接收装置、第八振动信号接收装置、第九振动信号接收装置、第十振动信号接收装置、第十一振动信号接收装置，所述无线数据采集装置为十一个，包括第一无线数据采集装置、第二无线数据采集装置、第三无线数据采集装置、第四无线数据采集装置、第五无线数据采集装置、第六无线数据采集装置、第七无线数据采集装置、第八无线数据采集装置、第九无线数据采集装置、第十无线数据采集装置、第十一无线数据采集装置，所述第一振动信号接收装置的输出端与所述第一无线数据采集装置的输入端相连接，所述第二振动信号接收装置的输出端与所述第二无线数据采集装置的输入端相连接，所述第三振动信号接收装置的输出端与所述第三无线数据采集装置的输入端相连接，所述第四振动信号接收装置的输出端与所述第四无线数据采集装置的输入端相连接，所述第五振动信号接收装置的输出端与所述第五无线数据采集装置的输入端相连接，所述第六振动信号接收装置的输出端与所述第六无线数据采集装置的输入端相连接，所述第七振动信号接收装置的输出端与所述第七无线数据采集装置的输入端相连接，所述第八振动信号接收装置的输出端与所述第八无线数据采集装置的输入端相连接，所述第九振动信号接收装置的输出端与所述第九无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十振动信号接收装置的输出端与所述第十无线数据采集装置的输入端相连接，所述第十一振动信号接收装置的输出端与所述第十一无线数据采集装置的输入端相连接； 位于掌子面后方的已开挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段内均匀安装十一个振动信号接收装置，且十一个振动信号接收装置在隧道段内呈三维立体均匀设置。
8.根据权利要求7所述的无线分布式弹性波反射体探测系统，其特征在于:第一振动信号接收装置安装在激振装置产生的震源位置； 第二振动信号接收装置 安装在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三； 第三振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三； 第四振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一； 第五个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面十七米； 第六个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一； 第七个振动信号接收装置安装在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三； 第八个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之三； 第九个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一； 第十个振动信号接收装置安装在隧道顶部中央、距掌子面二十七米； 第十一个振动信号接收装置安装在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一。
9.根据权利要求8所述的无线分布式弹性波反射体探测系统，其特征在于:十一个振动信号接收装置接受的应力波方向为延隧道轴线方向。
10.根据权利要求6至权利要求7中任意一项所述的无线分布式弹性波反射体探测方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤A)共十二个激振点:第一个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第二个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第三个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第四个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第五个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第六个激振点选择位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第七个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第八个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第九个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一；第十个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的八分之一；第十一个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的四分之一；第十二个激振点选择位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度为地面到隧道顶部高的二分之一； 步骤B)使用所述激振装置分别在各个激振点激发震动，同时触发安装在隧道内所有所述振动信号接收装置和所述无线数据采集装置同步采集振动信号； 步骤C)所述激振装 置激发的震动波直接被第一个振动信号接收装置，并被第一个所述无线数据采集装置采集到；同时该震动波直接被所述无线数据存储装置接收到，并以此信号为触发信号同步触发第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个无线数据采集装置开始米集； 步骤D)每次激发震动波在传播过程中碰到前方阻抗界面时会发生反射、折射、衍射，这些激发震动波在隧道未开挖段传播的全息信号都会被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一个振动信号接收装置接收到，并被各个对应的所述无线数据采集装置采集到；步骤E)每个所述无线数据采集装置再将采集到的全息信号通过无线方式发送到所述无线数据存储装置； 步骤F)所述无线数据存储装置再将接收到的所有数据通过802.1lnffIFI方式发送到所述操作控制终端； 步骤G)所述操作控制终端接收到全部震动信号数据后进行分析处理，并绘制和生成隧道未开挖段的地质结构的全息三维图像和影像。
【文档编号】G01V7/06GK104020488SQ201410260279
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月13日 优先权日:2014年6月13日
【发明者】王甫, 梁锋 申请人:成都燕飞科技有限公司