一种适用于隧道内的车载式瞬变电磁探测装置和工作方法与流程

本发明涉及地球物理勘探电磁法探测领域，特别是一种车载式瞬变电磁装置及方法。

背景技术：

随着地下工程的大规模兴建，工程地质灾害的预警预报成为保障施工安全的重要一环。瞬变电磁仪是目前隧道施工过程中进行地质超前预报的常用设备，其工作原理是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。一套完整的瞬变电磁探测设备包含三个部分：发射线圈、接收设备和主机。在隧道中进行探测时，垂直的掌子面不同于水平地面，不利于材质柔软的线圈依附，需要人工手扶移动，而现场复杂的施工环境十分不利于仪器的移动和准确定位，探测结果和精度受到多方面影响，使预报效果与实际出入很大；此外，掌子面附近地质情况未知，无论是顶部落石还是掌子面坍塌，对探测人员的人身安全都是巨大的威胁。如何在隧道内进行更加安全精细的瞬变电磁探测工作，是目前亟待解决的一个技术难题。

技术实现要素：

本发明的目的就在于解决上述现有技术的不足，提供一种在隧道特殊工作环境下能够移动方便，保障工作人员安全，同时又能任意改变线圈形状并使之准确定位的车载式瞬变电磁装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种适用于隧道内的车载式瞬变电磁探测装置，包括探测设备、固定装置、两节机械臂、360°旋转底盘、兼具移动和稳固功能的推车；

所述的探测设备安装在固定装置上，所述的固定装置与两节机械臂相连，实现探测设备在竖直方向上的升降；所述的机械臂安装在一个能360°旋转的旋转底盘上，进而实现探测设备和所述机械臂在隧道内的旋转；所述的旋转底盘安装在一个兼具移动和稳固功能的推车上实现整个电磁探测装置的移动；其中，所述的探测设备包括接收装置和发射装置；所述的固定装置分为两部分，包括一个固定接收装置的球形装置和多个安装在球形装置上且用于支撑发射装置的可伸缩支杆，所述支杆端部设有截面呈M形的夹子，用以夹持发射装置。

优选的，所述两节机械臂通过上、下两个长臂将球形装置与旋转底盘进行连接，通过下臂一侧的驱动装置驱动探测设备的垂直移动。

优选的，所述360°旋转底盘上设有一驱动装置驱动探测设备的水平移动，底盘上固结一个固定铰支座关节，下部固定在推车上。

优选的，所述兼具移动和稳固功能的推车为四轮式手推平板车，可搭载皮卡车将其运送至洞内，并在车上完成探测工作。

优选的，所述的球形装置具有强度高，耐腐蚀的特点，材料采用非金属材料。

优选的，所述的球形装置开有1个前后通孔，内置环形卡扣，用于固定探头；与通孔轴线相垂直的面上开有八个内伸孔，任意两孔中心线夹角为45°，所述的内伸孔上设有高出球面的齿，用于安装可伸缩支杆。

优选的，所述的可伸缩支杆分为三节，在各杆间接头处的环形空间内，设有环形密封部件实现杆件的连接，密封部件沿长度方向形成一条突起便于杆件相互滑动。

优选的，所述的两节机械臂的上臂前端与球形装置固结，保证探测装置的稳固，后端与定滑轮关节相连，实现上臂的升降；下臂前端与定滑轮关节相连，后端通过一固定铰支座与旋转底盘相连，下臂右侧控制装置用以控制上臂的升降。

优选的，所述的兼具移动和稳固功能的推车设有可放置主机和存放发射装置和接收装置的容纳空间，探测时将抽屉抽出用以放置主机，探测完成后将发射装置和接收装置卸下存放至抽屉内；利用施工现场的木板或其他平板体搭到皮卡车上作为轨道，将推车推至皮卡车上，运送至洞内。

优选的，所述的推车底部还设有顶升装置，当整套设备运送至掌子面附近时，启用顶升装置将整套设备抬起，提供牢固的稳定支撑。

本发明还提供了一种适用于隧道内的车载式瞬变电磁探测装置的工作方法步骤如下：

(1)在洞外安装固定线圈和探头；控制装置将上臂顶端的球形装置调整到人工可触及的高度，调整伸缩支杆使其适应线圈形状及大小，将线圈卡入支杆端部的M形夹子，完成线圈的夹持；同时将探头插入球形装置的前后通孔中以固定探头；保持上臂下垂的状态；将推车运到达洞内掌子面附近后熄火不再开动，启用推车底部的顶升装置，将设备抬起，四轮悬空，整套设备固定，同时也将设备调整到合适的探测高度；

(2)控制装置将上臂抬起至同测线等高度的位置，并使探头垂直于掌子面，转动旋转底盘上的控制装置将探测装置的水平位置调整到第一个测点附近，控制装置进一步的将探头准确定位至第一个测点上，主机完成第一个测点的探测；

(3)转动底盘上的控制装置将装置移动至下一个测点，重复第(2)步，直到完成所有测点的探测；

(4)控制装置将上臂降下，旋转底盘复位至初始位置；推车运到洞外，底部顶升装置降下，四轮着落，线圈和探头取下后存放至抽屉内，完成探测。

本发明有益效果是：

本发明解决了掌子面不利于材质柔软线圈依附的问题，探测设备无需人工手扶移动，通过机械臂和旋转底盘就可实现任意角度的调整，此外，手柄和手轮上刻度盘可实现探测设备的微调，使设备移动定位更加精准。此外，该装置减少了探测人员数量，而且由于人员远离掌子面而降低了安全风险。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为探测前装置结构侧面示意图；

图2为探测时装置整体结构示意图；

图3为探测设备正面示意图；

图4为装置结构俯视图；

图5为支杆展开时球形装置细部示意图。

其中，1-瞬变探头，2-球形装置，3-上臂，4-上关节，5-下臂，6-手轮，7-下关节，8-固定铰支座，9-手柄，10-旋转底盘，11-平板推车，12-推车把手，13-储物箱兼抽屉，14-顶升装置，15-伸缩支杆，16-M形线圈固定夹，17-线圈。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中在隧道中进行探测时，垂直的掌子面不同于水平地面，不利于材质柔软的线圈依附，需要人工手扶移动，而现场复杂的施工环境十分不利于仪器的移动和准确定位，探测结果和精度受到多方面影响，使预报效果与实际出入很大；此外，掌子面附近地质情况未知，无论是顶部落石还是掌子面坍塌，对探测人员的人身安全都是巨大的威胁。如何在隧道内进行更加安全精细的瞬变电磁探测工作，是目前亟待解决的一个技术难题。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于隧道内的车载式瞬变电磁探测装置和工作方法。本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，

如图1-图5所示，适用于隧道内的车载式瞬变电磁探测装置，包括1、瞬变探头2、球形装置3、上臂4、上关节5、下臂6、手轮7、下关节8、固定铰支座9、手柄10、旋转底盘11、平板推车12、推车把手13、储物箱兼抽屉14、顶升装置15、伸缩支杆16、M形线圈固定夹和17线圈。

在本实施例中，所述的探测设备固定装置分为两部分，一个用于固定接收探头的球形装置2和八个用于支撑线圈17的可伸缩支杆15；球体2开有一个半径为10cm的前后通孔，用于固定瞬变探头1，与通孔轴线垂直的面内均匀分布有八个孔，任意两孔中心线夹角为45°，并有高出球面5cm的齿，用于安放可伸缩支杆15；可伸缩支杆分为三节，每节60cm，在各杆间接头处的环形空间内，设有环形密封部件实现杆件的连接，密封部件沿长度方向形成一条突起便于杆件相互滑动。支杆端部有一截面呈M形的夹子16，用以夹持线圈17。

本发明中探测设备为接收探头与发射线圈；

在本实施例中，所述的两节机械臂通过上臂3和下臂5实现球形装置2和旋转底盘10的连接；上臂3前端与球形装置2固结，后端与定滑轮上关节4相连；下臂5前端与定滑轮上关节4相连，后端通过下关节7与固定铰支座8相连，下臂右侧设有一手轮6用以控制上臂的升降；本发明的下臂5固定在360°旋转底盘10上固定不动，仅仅有上臂3绕定滑轮进行旋转，实现整个机械臂的升降。在本实施例中，所述的360°旋转底盘10控制探测装置水平向的移动，两只机械臂支撑探测装置，旋转底盘上设有一手柄9控制装置的移动，底盘上固结一个固定铰支座关节8，通过下关节7与机械臂相连，底盘下部固定在平板推车11上。

在本实施例中，所述的兼具移动和稳固功能的推车11为四轮式手推平板车，将施工现场的木板或其他平板体搭到皮卡车上作为轨道，推车把手12便于将推车推至皮卡车上，运送至洞内；此外，推车底部还设有顶升装置14，当整套设备运送至掌子面附近时，启用顶升装置，提供牢固的稳定性。

如图1，具体的工作过程如下：

在洞外对线圈和探头进行固定。转动手轮6将上臂4前端的球形装置2调整到人工可触及的高度，调整伸缩支杆15使其适应线圈形状及大小，将线圈卡入支杆端部的M形夹子16，完成线圈的夹持。将瞬变探头1插入球形装置2的前后通孔中。保持上臂3下垂的状态，借助推车把手12将平板车推送至皮卡车后斗上，皮卡车开入洞内掌子面附近熄火不再开动，启用平板车底部的顶升装置14，将设备抬起，四轮悬空，整套设备固定，同时将设备调整到合适的探测高度。

摇动下臂右侧的手轮6，将上臂3抬起至同测线等高度的位置，并使探头垂直于掌子面，转动旋转底盘10上的手柄9将探测装置的水平位置调整到第一个测点附近，通过手轮6和手柄9上的微调刻度盘将探头准确定位至第一个测点上，操作主机完成第一个测点的探测。

转动底盘上的手柄将装置移动至下一个测点，重复第上一步骤，直到完成所有测点的探测。摇动手轮6，将上臂3降下，手柄9复位至初始位置。开动皮卡车倒车出洞，将平板推车底部顶升装置14降下，四轮着落，将设备推下皮卡车，线圈17和探头1取下后存放至抽屉13内，完成探测。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。