一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置及方法

本公开涉及瞬变电磁检测技术领域，特别涉及一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置及方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

瞬变电磁法利用接地线源或不接地回线向探测目标体发射一次脉冲磁场，利用线圈观测在一次脉冲磁场间歇期间探测目标介质中引起的二次感应涡流场，来探测电阻率，从而查明探测目标中的洞穴、裂隙，含水的情况。

瞬变电磁法测量装置由发射线圈、接收回线棒、及数据处理主机三部分构成。

发明人发现，在实际操作过程中发射线圈通常是多匝线圈捆绑在一起，由操作人员手持方形pvc塑料支撑架及接收回线棒对隧道掌子面进行探测，在隧道条件较差的情况下难以人工测量；且现有支撑架很难保证线圈回线质量，且设备尺寸、重量较大，使得发射及接收线圈难以按照预定高度、角度的测线进行测量，从而影响测量结果的准确性和质量，且在隧道掌子面面积较大的工程中施工测量效率低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置及方法，能够代替传统方式中隧道瞬变电磁人工探测方法，进行瞬变电磁水平和竖直方向探测任务，操作方便，集成度高，提高了测量精度，实现了自动化测量。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置。

一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置，包括相互垂直连接的第一伸缩杆和第二伸缩杆，第一伸缩杆的第一端与底座活动连接，第二伸缩杆的第一端穿过第一伸缩杆的通孔；

第二伸缩杆的第一端通过第一伸缩吊索与伸缩轨道的第一端连接，第二伸缩杆的第二端通过第二伸缩吊索与伸缩轨道的第二端连接，第二伸缩杆上可拆卸的固定有发射线圈，伸缩轨道上设有能够沿轨道移动的接收探头，接收探头内可拆卸的固定有接收回线棒。

作为可能的一些实现方式，第二伸缩杆的第一端通过第一吊装装置与第一伸缩吊索连接，第二伸缩杆的第二端通过第二吊装装置第二伸缩吊索连接。

作为进一步的限定，还包括控制终端，控制终端与第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一吊装装置和第二吊装装置电连接，用于控制第一伸缩杆的伸缩和角度调整、第二伸缩杆的伸缩以及各个吊索的伸缩；

控制终端还与接收回线棒以及接收探头的动力模块连接，用于瞬变电磁信号的接收和处理以及控制接收探头沿轨道的移动。

作为可能的一些实现方式，伸缩轨道的轨道方向与第二伸缩杆平行。

作为可能的一些实现方式，第一伸缩杆和第二伸缩杆均为多级自动伸缩杆，通过电机或者气缸或者液压缸控制伸缩，电机或者气缸或者液压缸与控制终端连接。

作为可能的一些实现方式，接收探头包括探头底盘，探头底板的底部固定有多个与伸缩轨道配合的滑轮，接收回线棒通过固定件可拆卸的固定在探头底盘上。

本公开第二方面提供了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置。

一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置，包括第一伸缩杆和第二伸缩杆，第一伸缩杆的第一端与底座活动连接，第二伸缩杆的第一端与第一伸缩杆垂直固定连接；

第一伸缩杆上与第二伸缩杆第一端相对的位置通过第一伸缩吊索与伸缩轨道的第一端连接，第二伸缩杆的第二端通过第二伸缩吊索与伸缩轨道的第二端连接；

第二伸缩杆上可拆卸的固定有发射线圈，伸缩轨道上设有能够沿轨道移动的接收探头，接收探头内可拆卸的固定有接收回线棒。

作为可能的一些实现方式，第一伸缩杆上与第二伸缩杆第一端相对的位置通过第一吊装装置与第一伸缩吊索连接，第二伸缩杆的第二端通过第二吊装装置第二伸缩吊索连接。

作为进一步的限定，还包括控制终端，控制终端与第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一吊装装置和第二吊装装置电连接，用于控制第一伸缩杆的伸缩和角度调整、第二伸缩杆的伸缩以及各个吊索的伸缩；

控制终端还与接收回线棒以及接收探头的动力模块连接，用于瞬变电磁信号的接收和处理以及控制接收探头沿轨道的移动。

作为可能的一些实现方式，伸缩轨道的轨道方向与第二伸缩杆平行。

作为可能的一些实现方式，第一伸缩杆和第二伸缩杆均为多级自动伸缩杆，通过电机或者气缸或者液压缸控制伸缩，电机或者气缸或者液压缸与控制终端连接。

作为可能的一些实现方式，接收探头包括探头底盘，探头底板的底部固定有多个与伸缩轨道配合的滑轮，接收回线棒通过固定件可拆卸的固定在探头底盘上。

本公开第三方面提供了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描方法。

一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描方法，利用本公开第一方面所述的用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置，包括以下步骤：

将扫描装置固定至隧道掌子面预设距离处，保证装置稳定；

通过控制终端，根据装置与掌子面距离、预定探测高度和宽度，生成矩形扫描路径以及发射线圈回路；

第一伸缩杆转动至预定角度并伸缩到预设高度，第二伸缩杆伸长至预定长度，同时带动伸缩轨道伸展至预定长度；

装置启动，接收探头沿伸缩轨道移动并测量直至移动到伸缩轨道另一侧；

利用第一吊装装置和第二吊装装置将第一伸缩吊索和第二伸缩吊索同时下放预设高度，使得伸缩轨道下降预设高度，接收探头在该高度开始移动并继续测量；

重复启动装置后的步骤直到预定扫描路径测量完成，第一伸缩吊索和第二伸缩吊索收缩，第一伸缩杆收缩至装置启动前状态。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开所述的装置及方法，极大提高了工作效率，节省了人力物力，通过可伸缩发射线圈矩形搭载框架(即第一伸缩杆和第二伸缩杆的组合)固定发射线圈、接收探头装载接收回线棒取代了人为手持发射线圈、接收回线棒的传统方式；

通过调节可伸缩发射线圈矩形搭载框架，实现了发射线圈的预定形状的固定，通过接收探头搭载接收回线棒，自动生成扫描路径并移动，实现了固源式自动扫描探测，安装后仅需一名工作人员操作，装置自动控制接收探头移动；

本公开效果好，操作简单，无需复杂的技能培训也能快速掌握操作要点。

2、本公开所述的装置及方法，提高了测量结果的准确性，避免了人为操作产生的误差，不受操作人员影响，通过伸缩轨道的上下吊放以及接收探头的匀速行进，保证了移动路径严格按照预定测线，提高了成像质量；

通过高刚度横向多级自动伸缩杆(即第二伸缩杆)，提高了发射线圈所成回路的稳定性，在接收探头中部设置接收回线棒固定件，以固定接收回线棒，装置全程由装置自动运行，严格按照预定扫描路径测量，不受操作人员影响。

3、本公开所述的装置及方法，装置安装于预定位置后，仅需人工操作设置瞬变电磁扫描相关参数，装置源头固定且自动运行扫描，同时可在隧道洞内条件不良的情况下进行测量，后期信号接收数据处理数据导出均有装置控制终端一站式处理操作。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

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

图1为本公开实施例1提供的装置展开的整体结构示意图。

图2为本公开实施例1提供的装置主视图。

图3为本公开实施例1提供的装置后视图。

图4为本公开实施例1提供的装置侧视图。

图5为本公开实施例1提供的装置俯视图。

图6为本公开实施例1提供的装置收缩的整体结构示意图。

图7为本公开实施例1提供的接收探头正视图。

图8为本公开实施例1提供的接收探头搭设示意图。

图9为本公开实施例1提供的扫描过程的正视图。

图10为本公开实施例1提供的扫描过程的侧视图。

1、吊装装置；2、纵向多级自动伸缩装置；3、固定底座；4、装置控制终端；5、接收探头；6、可旋转连接件；7、横纵向多级自动伸缩杆；8、吊索；9、伸缩轨道；10、接收回线棒固定件；11、探头底盘；12、滑轮；13、接收回线棒；14、发射线圈；15、隧道掌子面。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开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公开的示例性实施方式。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。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本公开实施例1提供了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置，包括：

由纵向多级自动伸缩杆2(即第一伸缩杆)、固定底座3、可旋转连接件6和横向多级自动伸缩杆7(即第二伸缩杆)组成的可伸缩发射线圈矩形搭载框架；

由吊装装置1、吊索8和伸缩轨道9组成可伸缩吊轨系统；

由接收回线棒固定件10、探头底盘11和滑轮12组成的接收探头5；

装置控制终端4。

如图1-图5所示；

通过装置与隧道掌子面距离和所需发射线圈高度确定纵向多级自动伸缩装置2伸缩量与转动量，通过发射线圈的所需宽度确定横向多级自动伸缩杆7伸缩量。

横向多级自动伸缩杆7与纵向多级自动伸缩装置2相连接，即横向多级自动伸缩杆7的一端嵌入到纵向多级自动伸缩装置2中，在纵向多级自动伸缩装置2顶部以及横向多级自动伸缩杆7端部位置设置吊装装置1。

可以理解的，在其他一些实施方式中，横向多级自动伸缩杆7的一端贯穿纵向多级自动伸缩装置2顶部位置，横向多级自动伸缩杆7的两端分别设置有一个吊装装置1，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

伸缩轨道9通过吊索8连接至吊装装置1，且在横向多级自动伸缩杆7伸缩时带动伸缩轨道伸缩至预定长度。

纵向多级自动伸缩装置2通过可旋转连接件6连接于固定底座3上部，本实施例中，可旋转连接件6可以是绞盘也可以是用于旋转控制的电机，只要能够实现纵向多级自动伸缩装置2的旋转和角度调整即可，本领域技术人员可以根据具体工况进行选择，这里不再赘述。

在固定底座3上设置有装置控制终端4，便于人工操作，装置控制终端4集成相应的装置控制、接收信号及数据处理功能。

发射线圈搭设固定在横向多级自动伸缩杆7上，可伸缩吊轨系统通过将伸缩轨道9在竖直方向移动，接收探头5在轨道上水平方向移动，实现发射线圈覆盖掌子面，接收探头在线圈范围内可沿水平竖直方向扫描。

控制终端通过与接收回线棒的连接以及内置的相关软件，实现接收瞬变电磁信号以及后期数据处理数据导出的功能。

装置收缩至最小尺寸如图6所示，可方便运输安装，同时适应较小的隧道掌子面。

如图7-图8所示：

接收回线棒13固定于连接在探头底盘11上的接收回线棒固定件10上，探头内置动力装置，探头底盘11底部设置滑轮12，用于与伸缩轨道配合，实现接收探头沿轨道的移动。

优选的，所述装置由高强度高韧性非金属材质制成，不产生瞬变电磁信号干扰，保证结果精确，且不易发生变形或破坏。所述的零部件均具备良好的耐磨性、高强度韧性的特点，且装置之间不易发生滑动、脱落、松动等。

优选的，装置控制终端的电子设备均有高强度防水耐腐蚀材质制成外壳，保证使用寿命和装置的功能运转良好。

如图9-图10所示：

以隧道掌子面测量为例，本实施例还公开了一种用于隧道的固源式瞬变电磁自动扫描装置使用方法，包括以下步骤：

将装置固定至隧道掌子面底部一定距离的一侧处，保证装置稳定；

通过装置控制终端4，根据装置与掌子面距离、预定探测高度和宽度自动生成矩形扫描路径以及发射线圈回路；

纵向多级自动伸缩装置2转动至预定角度，横向多级自动伸缩杆7伸长至预定长度，同时带动伸缩轨道伸展至预定长度；

将发射线圈固定于可伸缩发射线圈矩形搭载框架中横向多级自动伸缩杆7，接收回线棒13安装固定于接收回线棒固定件10上，同时将接收探头5置于伸缩轨道9一侧，并将其连接至装置控制终端4；

启动装置，接收探头5开始沿伸缩轨道9移动并测量，接收探头5移动至伸缩轨道9另一侧；

吊装装置1将吊索8下放一定长度，使得伸缩轨道9下降一定高度，接收探头5于该高度开始移动并继续测量；

重复上述步骤直到预定扫描路径测量完成，吊索8收缩，纵向多级自动伸缩装置2收缩至装置启动前状态；

拆卸发射线圈14、接收回线棒13和接收探头5，通过装置控制终端4进行数据处理并导出相关数据；

导出数据完成后，将装置控制终端4关机，装置收缩至初始状态，收起相关装置后妥善保管以备下次使用。

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