一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着国民经济的快速发展,我国的隧道工程项目也越来越多。由于隧道长度、埋深、水层下掘进等各方面因素的影响,地质条件越趋复杂,隧道施工中遇到的问题也会相应地增多,不可预料的地质灾害如大断层、岩溶、塌方、岩爆、突泥、突水、突瓦斯等成为困绕工程施工的主要难题。这些灾害不但会造成环境破坏、延误工期,更有可能造成人员伤亡,直接和间接经济损失巨大；要保证隧道施工的顺利进行,关键是要预防隧道施工中的地质灾害；因此,使用地质超前探测预报技术和设备,减少隧道施工过程中的盲目性,避免隧道施工过程中可能诱发的重大不良地质或灾害地质的发生已成为隧道施工中一道必不可少的重要工序；隧道或坑道突、涌水源头含水体的超前探测是一直以来备受关注而未能解决的重大科技工程难题,尤其在含水体三维定位与水量预测方面缺乏行之有效的技术方法与装备；因此,研制隧道或坑道掘进面前方含水体超前探测系统与装备具有重要的意义和价值。
4.激发极化法，发生在地质介质中因外电流激发而引起介质内部出现电荷分离,由于电化学作用引起附加电场的物理化学现象,称为激发极化(ip，induced polarization)效应；激发极化法正是以不同地质介质之间的激电效应差异为物质基础,通过观测和研究被测对象的激发极化效应来达到探测预报的目的；研究和实践表明,它作为一种对水体反应灵敏的电磁勘探方法，以其独特的优点(经济、无损、快速及信息丰富等)广泛应用于资源勘探与工程勘察中；它将对隧道不良水体反应灵敏的特点,应用在隧道及地下坑道的超前地质预报中,对工作面前方突水异常体及其涌水量情况进行预报。
5.从隧道超前地质预报的需要来看，对于激发极化仪器设备的研发，主要问题如下：
①
原激发极化仪器设备结构复杂，不容易进行后期维护。
②
原有激发极化仪器供电电压太小，导致无法供出大电流，影响探测结果；
③
原有激发极化仪器的结构稳定性差，易出现连接器松动等问题，增加了不可靠性。
④
原有激发极化无法满足各种隧道的复杂情况，在较窄隧洞下，主控室内空间普遍较小，无法搭载大型机柜设备，安装困难。


技术实现要素：

6.本实用新型为了解决上述问题，提出了一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备，将采样控制模块、电极控制模块、信号采样滤波模块、恒流输出模块、供电模块、接口面板插接在背板上，体积轻巧，搭载方便，解决以往小型隧道主控室内难以搭载大型机柜的困难，而且利用电阻率法和激发极化法准确探测隧道岩层中的水分，提升探测过程的精度和稳定性。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
8.本实用新型第一方面提供了一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备。
9.一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备，包括工控机、背板、插接于背板上的采样控制模块、电极控制模块、信号采样滤波模块、恒流输出模块、供电模块、接口面板及插接于隧道岩层的供电电极和测量电极；
10.所述工控机与采样控制模块连接；采样控制模块分别与电极控制模块、恒流输出模块和信号采样滤波模块相连；
11.电极控制模块分别与信号采样滤波模块、恒流输出模块、供电电极和测量电极连接，信号采样滤波模块与供电电极和测量电极相连。
12.进一步的，所述接口面板上，安装有供电接口、测量接口、220v供电接口、usb接口、保险丝、接线柱、b/n接口和钥匙开关。
13.进一步的，采样控制模块、电极控制模块、信号采样滤波模块分别通过欧式插座连接背板，恒流输出模块、供电模块分别通过47芯cpci连接器连接背板；
14.背板通过60芯cpci连接器与转接板连接，转接板通过vh连接器与接口面板上的航插和接口连接；
15.所述工控机通过接口面板上的usb接口与采样控制模块连接。
16.进一步的，所述恒流输出模块包括五路恒流源，每路恒流源包括恒流控制电路和500v开关电源。
17.进一步的，所述背板的外侧和顶部分别设置有两块侧面板、一块顶部凹型板和一块底部凹型板，且背板在两块侧面板、一块顶部凹型板和一块底部凹型板的作用下形成一个长方体外壳。
18.进一步的，在背板底部与底部凹型板之间依次设有通孔板和隔离变压器板。
19.进一步的，所述隔离变压器板上安装有隔离变压器，220v交流电源通过接口面板上的220v供电接口进入设备内部，先连接钥匙开关和旋钮式保险丝座，然后经过通孔板上的通孔连接隔离变压器，然后隔离后的220v交流电源经通孔板上的通孔接到转接板。
20.进一步的，所述采样控制模块，包括usb-6289采集卡和转接板，usb-6289采集卡接收信号采样滤波模块传送的电压信号，并在处理后发送至工控机。
21.进一步的，所述信号采样滤波模块，包括隔离放大电路和滤波电路。
22.进一步的，所述电极控制模块，包括逻辑控制电路，逻辑控制电路接收采样控制模块输出的i/o控制信号，并根据i/o控制信号通断供电电极和采集电极。
23.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
24.本实用新型的模块连接不涉及连线，所有模块通过插接的方式连接背板，结构轻巧，便于模块的更换，提高了设备可靠性。
25.本实用新型体积轻巧，不占空间，搭载方便，便于搭载在隧道主控室中，解决了以往小型隧道主控室内难以搭载大型机柜的困难。
26.本实用新型的恒流输出模块包括五路恒流单元使仪器设备探测距离更长更远，提高了探测的深度和维度；利用隔离变压器与现场电源隔离，确保了电源的安全性与稳定性；利用电阻率法和激发极化法准确探测隧道岩层中的水分，提升探测过程的精度和稳定性。
附图说明
27.构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
28.图1为本实用新型的整体结构图；
29.图2为本实用新型的设备内部模块结构图；
30.图3为本实用新型的设备45度角视图；
31.图4为本实用新型的正视图；
32.图5为本实用新型中俯视图；
33.图6为本实用新型中各模块的连接框图；
34.图中，1、侧面板，2、散热孔，3、转接板，4、滑轨，5、背板，6、把手，7、接口面板，8、钥匙开关，9、旋钮式保险丝座，10、usb接口，11、220v供电接口，12、接线柱，13、供电接口，14、测量接口，15、b/n接口，16、通孔板，17、隔离变压器板，18、底部凹型板，19、采样控制模块固定块，20、采样控制模块，21、信号采样滤波模块，22、电极控制模块，23、供电模块，24、插接固定扣，25、恒流输出模块，26、顶部凹型板，27、三角螺纹固定块，28、顶部把手，29、三角螺纹对接固定块，30、导轨，31、工控机，32、供电电极和测量电极，33、47芯cpci连接器，34、欧式插座，35、220v交流电源。
具体实施方式：
35.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.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实用新型的示例性实施方式。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。
38.在本实用新型中，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实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。
39.本实用新型中，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实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
40.如图1-4所示，一种超前地质预报壁挂式激发极化仪器设备，其结构包括工控机31、背板5、插接于背板5的采样控制模块20、电极控制模块22、信号采样滤波模块21、恒流输出模块25、供电模块23、转接板3，还包括插接于隧道岩层的供电电极和测量电极32。
41.背板5的外侧和顶部分别设置有两块侧面板1、一块顶部凹型板26和一块底部凹型
板18，且背板5在两块侧面板1、一块顶部凹型板26和一块底部凹型板18的作用下形成一个长方体外壳。
42.背板5通过60芯cpci连接器与转接板3连接，转接板3通过vh连接器与接口面板7上的航插和接口连接。采样控制模块20、电极控制模块22、信号采样滤波模块21、恒流输出模块25、供电模块23位于所形成长方体外壳的内部，且采样控制模块20、电极控制模块22、信号采样滤波模块21分别通过欧式插座34连接背板5，恒流输出模块25、供电模块23分别通过47芯cpci连接器33连接背板5。采样控制模块20、电极控制模块22、信号采样滤波模块21、恒流输出模块25、供电模块23通过滑轨4与仪器两侧导轨30固定，并且模块侧边通过插接固定扣24固定；上述模块连接不涉及连线，通过插接的方式连接背板5，结构轻巧，便于模块的更换，提高了设备可靠性。
43.接口面板7上接口包括钥匙开关8、供电接口13、测量接口14、220v供电接口11、usb接口10、旋钮式保险丝座9、接线柱12、b/n接口15。
44.隔离变压器板17用来安装隔离变压器，220v交流电源35通过接口面板7上的220v供电接口11进入设备内部；首先连接钥匙开关8和旋钮式保险丝座9，然后经过通孔16连接隔离变压器，然后隔离后的220v交流电源35经通孔16接到转接板3，转接板3通过背板5上的47芯cpci连接器17与供电模块23相连，为整个设备供电；利用隔离变压器与现场电源隔离，确保了电源的安全性与稳定性。
45.采样控制模块20通过采样控制模块固定块19固定电源接口线和方形usb接口线，并通过usb方式通信连接工控机31；采样控制模块20包括usb-6289采集卡和转接板，usb-6289采集卡接收信号采样滤波模块20传送的电压信号，并在处理后通过转接板3发送至工控机31。
46.电极控制模块22包括逻辑控制电路，逻辑控制电路接收采样控制模块19输出的i/o控制信号，并根据i/o控制信号通断供电电极和采集电极32。
47.恒流输出模块25包括五路恒流源，每路恒流源包括恒流控制电路和500v开关电源，使仪器设备探测距离更长更远，提高了探测的深度和维度。
48.信号采样滤波模块21通过采集电压电流信号，并经过隔离放大电路后进行滤波处理，之后将滤波处理后的电压电流信号给采样控制模块20。
49.本实用新型在工作时：用户通过工控机31下发命令后，采样控制模块20根据下发的命令，一方面向恒流输出模块25输出恒流控制信号，恒流输出模块25根据恒流控制信号向电极控制模块22输出电流信号，另一方面向电极控制模块22输出逻辑控制信号，并将恒流输出模块25输出的电流信号由导通的供电电极和测量电极32进入隧道岩层，此时，供电电极无穷远处的参考电极b串联采样电阻连接恒流输出模块25，信号采样滤波模块21获取处于导通状态的测量电极采集的相对于无穷远处的参考电极n的电压信号及流经采样电阻两端的电流信号，并在滤波后传送至采样控制模块20，采样控制模块20处理所接收的电压信号和电流信号并送入工控机31进行处理显示。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
51.上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新
型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。