一種盾構機刀具磨損檢測裝置及盾構機刀具系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及盾構機刀具技術領域，具體地說，設及一種盾構機刀具磨損檢測裝置 及盾構機刀具系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 盾構掘進機(簡稱盾構機)是隧道、地鐵建設的大型裝備。在盾構機的施工中，刀具 是掘進過程中最重要的工具之一，在刀具到達磨損極限之前，必須更換刀具，否則可能造成 災難性的工程事故。因此能否準確檢查盾構機刀具磨損的情況直接關系到隧道施工能否正 常進行。
[0003] 目前對盾構機刀具磨損量的監(jiān)測方法主要有停機檢查法，闊值檢測法、掘進參數(shù) 估計法和在線監(jiān)測法等。
[0004] 停機檢查法是在停機狀態(tài)下由施工人員進入刀盤部位進行檢查W及實施操作，該 方式的檢查方式雖然直觀，但頻繁停機可能造成因周邊±體失穩(wěn)引發(fā)重大事故。
[0005] 闊值檢測法主要利用添加在刀具內的金屬探頭或液體等判斷刀具磨損狀態(tài)，但是 運種方法只有在磨損量達到磨損極限時才能有效，不能實現(xiàn)對刀具磨損的實時監(jiān)測。
[0006] 掘進參數(shù)估計法，其主要是由理想地質條件是掘進參數(shù)的經(jīng)驗曲線或由半經(jīng)驗公 式得到估算值，預測滾刀的磨損量。但一般的經(jīng)驗公式只適用于特定單一的地質條件，缺乏 普適性，試圖從理論上精確計算盾構機刀具的磨損量有很大難度。
[0007] 在線監(jiān)測法主要分為厚度檢測式、攝像頭觀察式、斷電感應式和電容傳感器檢測 式等。其中，厚度檢測式主要包括壓力傳感器感知式和超聲波探頭探測式等。其中，壓力傳 感器感知式主要采用的設備包括電磁壓力傳感器、接收器W及發(fā)射器，電磁壓力傳感器設 置在刀頭內，運種方式能夠通過壓力傳感器感知磨損過程中外界的壓力變化來監(jiān)控刀具磨 損狀態(tài)。超聲波探頭探測式主要通過安裝在周邊刮刀內的超聲波探頭測量金屬厚度，將數(shù) 據(jù)由鋪設在刀頭里的信號線傳送至藍牙發(fā)射裝置，再由藍牙接收裝置收集刮刀厚度信息， 達到監(jiān)測目的。然而，受到安裝方式的影響，現(xiàn)有的在線監(jiān)測法所檢測到的刀具磨損量存在 較大的誤差。
[000引基于上述情況，針對大型全斷面掘進裝備工作效率和安全運行的行業(yè)需求，研究 開發(fā)滿足要求的刀具磨損狀態(tài)安全監(jiān)測裝置，已成為掘進設備中亟待解決的問題。

【發(fā)明內容】

[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種盾構機刀具磨損檢測裝置，所述裝置包括：
[0010] 多個梯形電容網(wǎng)絡傳感器，所述多個電容網(wǎng)絡傳感器分別配置在盾構機刀具的不 同位置處，用于根據(jù)各自的當前結構分別產(chǎn)生表征各自梯形電容網(wǎng)絡的當前電容值的第一 電信號；
[0011] 信號調理電路，其與所述若干梯形電容網(wǎng)絡傳感器連接，用于分別對各個梯形電 容網(wǎng)絡傳感器傳輸來的第一電容號進行調理，得到對應的第二電信號；
[0012] 數(shù)據(jù)處理電路，其與所述信號調理電路連接，用于根據(jù)所述第二電信號確定所述 盾構機刀具中對應于各個梯形電容網(wǎng)絡傳感器位置處的磨損量數(shù)據(jù)W及磨損形狀數(shù)據(jù)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，同一盾構機刀具中所分布的所述梯形電容網(wǎng)絡傳感器 彼此間距相等。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述梯形電容網(wǎng)絡包括：
[0015] 若干第一電容，所述若干第一電容串聯(lián)形成第一電容網(wǎng)絡，所述第一電容網(wǎng)絡的 第一端形成所述梯形電容網(wǎng)絡的第一外接端口；
[0016] 若干第二電容，所述第一電容網(wǎng)絡的兩端W及第一電容網(wǎng)絡中兩個相鄰第一電容 的交點均與一第二電容的第一端連接，各個所述第二電容的第二端通過導線連接并形成所 述梯形電容網(wǎng)絡的第二外接端口。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一電容與第二電容的容值之比大于預設比值， 所述預設比值的取值范圍包括[800，1200]。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一電容網(wǎng)絡的形狀呈直線狀。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述第一電容網(wǎng)絡中相鄰第一電容之間的間距相等。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述裝置還包括：
[0021] 信號發(fā)射電路，其與所述數(shù)據(jù)處理電路連接，用于將所述磨損量數(shù)據(jù)和磨損形狀 數(shù)據(jù)轉換為無線信號向外發(fā)射；
[0022] 信號接收電路，其用于接收所述無線信號，并根據(jù)所述無線信號生成對應的第Ξ 電信號。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為根據(jù)所述第二電信號計算所 述梯形電容網(wǎng)絡傳感器中梯形電容網(wǎng)絡的當前電容值，并根據(jù)所述當前電容值計算所述梯 形電容網(wǎng)絡的當前階數(shù)，進而根據(jù)所述當前階數(shù)確定所述梯形電容網(wǎng)絡傳感器位置處盾構 機刀具的磨損量數(shù)據(jù)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為根據(jù)如下表達式計算所述梯 形電容網(wǎng)絡的當前階數(shù)：
[0028] 其中，C(i)表示當前階數(shù)為i的梯形電容網(wǎng)絡的當前電容值，Cl表示第一電容的電 容值，η表示第二電容與第一電容的電容值之比，A(i，k)和B(i，k)分別表示分子系數(shù)矩陣A 和分母系數(shù)矩陣B中第i行第k列的元素。
[0029] 本發(fā)明還提供了一種盾構機刀具系統(tǒng)，所述盾構機刀具系統(tǒng)包括：
[0030] 盾構機刀具；
[0031] 如上任一項所述的盾構機刀具磨損檢測裝置，其各個梯形電容網(wǎng)絡傳感器分別設 置在所述盾構機刀具中的不同位置處并延伸至所述盾構機刀具的刀面處。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述盾構機刀具中形成有多個導孔，所述多個梯形電 容網(wǎng)絡傳感器分別對應設置在所述多個導孔中，所述導孔的端口處形成有螺紋孔。
[0033] 本發(fā)明首先提供了一種用于盾構機刀具磨損檢測的傳感器，該傳感器采用梯形電 容網(wǎng)絡來對盾構機刀具的磨損量進行檢測。該傳感器結構簡單，易于實現(xiàn)。同時，為了更加 準確地檢測出盾構機刀具的磨損量，本實施例中將傳感器中梯形電容網(wǎng)絡配置為整個網(wǎng)絡 的電容值隨階數(shù)的減小而近似線性減小。
[0034] 本發(fā)明還提供了一種利用上述傳感器對盾構機刀具磨損量進行檢測的裝置和系 統(tǒng)，相較于現(xiàn)有的盾構機磨損量檢測裝置，本發(fā)明所提供的裝置能夠更加準確地確定出盾 構機刀具的磨損量，同時，在需要的情況下，通過配置多個傳感器還可W確定出盾構機刀具 的磨損形狀。
[0035] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利 要求書W及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。
【附圖說明】
[0036] 附圖示出了本發(fā)明的各方面的各種實施例，并且它們與說明書一起用于解釋本發(fā) 明的原理。本技術領域內的技術人員明白，附圖所示的特定實施例僅是實例性的，并且它們 無意限制本發(fā)明的范圍。應該認識到，在某些示例中，被示出的一個元件也可W被設計為多 個元件，或者多個元件也可W被設計為一個元件。在某些示例中，被示出為另一元件的內部 部件的元件也可W被實現(xiàn)為該另一元件的外部部件，反之亦然。為了更加清楚、詳細地本發(fā) 明的示例性實施例W使本領域技術人員能夠對本發(fā)明的各方面及其特征的優(yōu)點理解得更 加透徹，現(xiàn)對附圖進行介紹，在附圖中：
[0037] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感器中梯形電容網(wǎng)絡的結構示意圖；
[0038] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的傳感器的結構示意圖；
[0039] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的盾構機刀具磨損檢測裝置的結構示意圖；
[0040] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的盾構機刀具與傳感器的配置關系示意圖；
[0041] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的盾構機刀具中多個傳感器的排布示意圖。
【具體實施方式】
[0042] W下將結合附圖及實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應用 技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)W實施。需要說明 的是，只要不構成沖突，本發(fā)明中的各個實施例W及各實施例中的各個特征可W相互結合， 所形成的技術方案均在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0043] 同時，在W下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細節(jié)，W提供對本發(fā)明實 施例的徹底理解。然而，對本領域的技術人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可W不用運里的具 體細節(jié)或者所描述的特定方式來實施。
[0044] 為了克服現(xiàn)有盾構機刀具磨損檢測裝置所存在的問題，本實施例首先提供了一種 新的用于盾構機磨損檢測的梯形電容網(wǎng)絡傳感器，該傳感器包括梯形電容網(wǎng)絡，圖1示出了 該傳感器中梯形電容網(wǎng)絡的結構示意圖。
[0045] 如圖1所示，傳感器中的