一種可用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)分布式無線通訊測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)分布式無線通訊測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，水利水電工程、鐵路公路交通工程、市政地鐵工程等重大基礎(chǔ)工程陸續(xù)提上建設(shè)日程，極大的促進(jìn)了隧道工程的建設(shè)。進(jìn)入21世紀(jì)，由于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)具有掘進(jìn)速度快、質(zhì)量高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度小、安全性高、對(duì)地表沉降和環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到施工方的重視，現(xiàn)在大部分的隧道、地鐵等地下工程使用盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，因此隧道工程施工逐漸從鉆爆法施工向機(jī)械化(盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī))施工過度。
[0003]然而在盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工過程中，掘進(jìn)前方不免會(huì)遇到軟硬交替、孤石、破碎帶、溶洞、含水體等不良地質(zhì)情況，因此在盾構(gòu)機(jī)上搭載超前地質(zhì)探測(cè)裝置進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。在鉆爆法隧道施工中，安裝在掌子面上的測(cè)量電極可以通過電纜將其與主機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，而在盾構(gòu)機(jī)施工中，測(cè)量電極安裝在刀盤上，隨著掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)刀盤不停的勻速旋轉(zhuǎn)，因此簡單的電纜連接容易發(fā)生電纜扭斷，無法滿足掘進(jìn)機(jī)施工的要求。
[0004]隨著無線通訊的迅速發(fā)展，無線通訊在橋梁、水利等工程建設(shè)中逐漸被使用，信號(hào)的傳輸擺脫了繁雜的電纜連接傳輸，但是無線通訊受導(dǎo)體影響很大，尤其是密閉的導(dǎo)體空間，使得信號(hào)無法從內(nèi)向外傳輸。然而盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)刀盤是一個(gè)相對(duì)密閉的金屬導(dǎo)體空間，阻隔了刀盤與護(hù)盾之間的信號(hào)傳輸，因此簡單的無線傳輸也無法滿足掘進(jìn)機(jī)施工的要求。
[0005]針對(duì)于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的施工與刀盤相對(duì)密閉的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的電纜傳輸與簡單的無線傳輸，無法滿足盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)刀盤上的測(cè)量電極與主機(jī)之間的信號(hào)傳輸，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種分布式無線通訊測(cè)量裝置，以滿足盾構(gòu)掘進(jìn)施工的特殊要求。
[0006]對(duì)于本發(fā)明而言，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)刀盤測(cè)量電極與主控室主機(jī)之間的信號(hào)傳輸上難題具體如下:
[0007](I)實(shí)現(xiàn)測(cè)量電極采集到的電壓信號(hào)經(jīng)刀盤相對(duì)密封的導(dǎo)體空間傳輸?shù)降侗P外；
[0008](2)刀盤隨著掘進(jìn)勻速旋轉(zhuǎn)，在刀盤與護(hù)盾接壤處，實(shí)現(xiàn)信號(hào)正常的傳輸；
[0009](3)在掘進(jìn)機(jī)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)中，盡量不影響施工的情況下實(shí)現(xiàn)主控室對(duì)信號(hào)的接收；
[0010](4)測(cè)量電極采集到的信號(hào)混有不同的干擾信號(hào)及噪聲，實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信號(hào)的提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種可用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)分布式無線通訊測(cè)量裝置，該裝置能夠?qū)⒊暗刭|(zhì)預(yù)報(bào)儀器經(jīng)刀盤上測(cè)量電極采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺厥业闹鳈C(jī)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)面前方不良地質(zhì)情況的預(yù)報(bào)，確保掘進(jìn)機(jī)的安全施工，本發(fā)明的最主要的特點(diǎn)是通過分布式采集模塊、磁耦合諧振傳輸模塊與電磁波無線傳輸模塊實(shí)現(xiàn)了刀盤到主機(jī)的信號(hào)傳輸。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0013]—種可用于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)分布式無線通訊測(cè)量裝置，包括分布式采集模塊、磁耦合諧振傳輸模塊和電磁波無線傳輸模塊，其中，測(cè)量電極設(shè)置在刀盤上，分布式采集模塊前端的集線端子連接測(cè)量電極，采集測(cè)量電極測(cè)得的數(shù)據(jù)，分布式采集模塊連接耦磁合諧振傳輸模塊，磁耦合諧振傳輸模塊與刀盤連接的同時(shí)，還與電磁波無線傳輸模塊之間通過光纖連接，將信號(hào)傳輸?shù)街骺厥业碾姶挪o線接收模塊。
[0014]所述分布式采集模塊包括采集模塊與集線模塊，其中，采集模塊包括與測(cè)量電極連接的采集端子與傳輸線，采集端子與測(cè)量電極一一對(duì)應(yīng)。
[0015]所述采集端子上安裝有隔離與濾波模塊，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波，傳輸線將信號(hào)向后傳輸。
[0016]進(jìn)一步的，隔離與濾波模塊，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行簡單濾波的處理，有效去噪。測(cè)量電極采集到的信號(hào)經(jīng)過隔離與濾波后經(jīng)集線模塊傳輸?shù)酱篷詈现C振傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)從相對(duì)封閉的刀盤內(nèi)傳輸?shù)降侗P外部。
[0017]所述傳輸線沿著刀盤內(nèi)壁布設(shè)。
[0018]所述磁耦合諧振傳輸模塊設(shè)置于刀盤外側(cè)，與刀盤軸心水平的位置上。
[0019]所述磁耦合諧振傳輸模塊包括兩個(gè)相同諧振頻率的線圈，兩個(gè)線圈相耦合。
[0020]所述線圈中一個(gè)與刀盤相連接，且該線圈隨著刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，不因刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而使得分布式采集模塊的傳輸線扭斷，另一個(gè)線圈連接電磁波無線傳輸模塊。
[0021]所述分布式采集裝置的傳輸線連接到磁耦合諧振傳輸模塊的線圈上，實(shí)現(xiàn)各傳輸線與對(duì)應(yīng)的線圈——對(duì)應(yīng)。
[0022]所述磁耦合諧振傳輸模塊的線圈分別纏繞在不同的線圈板上，每個(gè)線圈板的兩端分別通過一個(gè)固定裝置固定在與刀盤的軸心水平的位置，線圈板端部卡套在固定裝置內(nèi)，與其活動(dòng)連接。
[0023]所述電磁波無線傳輸模塊包括發(fā)射端和接收端，接收端設(shè)置于主控室，發(fā)射端和接收端均包括濾波電路、信號(hào)處理傳輸電路和天線，其中，濾波電路連接有信號(hào)處理傳輸模塊，信號(hào)處理傳輸模塊連接天線。
[0024]所述濾波電路為8階巴特沃斯濾波電路，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的去噪處理。
[0025]此處，電磁波的傳播減少的因鋪設(shè)繁雜電纜而帶來的諸多麻煩，使得信號(hào)在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)傳輸而不影響正常的施工作業(yè)。
[0026]信號(hào)傳輸?shù)街鳈C(jī)中，并通過軟件進(jìn)行小波閾值濾波與滾動(dòng)光滑濾波，實(shí)現(xiàn)對(duì)有用信號(hào)的提取，這也為準(zhǔn)確探測(cè)掘進(jìn)面前方不良地質(zhì)情況提供保障。
[0027]基于上述裝置的安裝方法，包括以下步驟:
[0028](I)將采集端子連接到測(cè)量電極上并安裝到刀盤上，將采集端子的傳輸線沿著刀盤內(nèi)壁布設(shè)，傳輸線設(shè)置在刀盤內(nèi)壁上，將所有的采集端子的傳輸線接到集線模塊上，最后通過集線模塊集成的傳輸線纜與固定在刀盤外側(cè)的磁耦合諧振傳輸模塊連接；
[0029](2)在護(hù)盾上安裝一個(gè)與刀盤軸心水平的金屬殼體，將磁耦合諧振傳輸模塊放入其中，并通過固定在金屬殼體上的固定裝置，將磁耦合傳輸模塊固定在與刀盤軸心水平的位置上，最后將分布式采集模塊的傳輸線纜插到磁耦合傳輸模塊的線圈板上；
[0030](3)將電磁波無線傳輸模塊放置到不影響施工的位置并固定，用傳輸線將電磁波無線發(fā)射端與磁耦合諧振傳輸模塊連接，最后在主控室上安裝電磁波無線傳輸接收端，并與主機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)通訊。
[0031]本發(fā)明的有益效果為:
[0032](I)、通過分布式采集模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)量電極信號(hào)的采集與傳輸，尤其是解決了信號(hào)從近似金屬密封的刀盤內(nèi)傳輸?shù)降侗P外側(cè)，并且通過集線端子前端簡單的濾波電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)的初步處理；
[0033](2)通過磁耦合諧振傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，信號(hào)依然能夠正常的傳輸，不因刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)分布式米集模塊傳輸線的扭斷；
[0034](3)通過電磁波無線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)內(nèi)測(cè)量裝置與主機(jī)間的信號(hào)傳輸，并且減少了傳統(tǒng)電纜傳輸中因安裝、鋪設(shè)等復(fù)雜的環(huán)節(jié)，節(jié)約時(shí)間且不影響施工；
[0035](4)通過分布式采集端子的初次濾波，經(jīng)電磁波無線傳輸模塊的第二次濾波，最后經(jīng)過軟件的小波閾值去噪與滾動(dòng)平滑濾波處理，能夠采集到準(zhǔn)確的信號(hào)，為精確預(yù)報(bào)前方不良地質(zhì)體提供保障。
【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2(a)是本發(fā)明的分布式采集模塊整體連接示意圖；
[0038]圖2(b)是本發(fā)明的分布式采集模塊的采集端子示意圖；
[0039]圖2(c)是本發(fā)明的分布式采集模塊的集線模塊示意圖；
[0040]圖3(a)是本發(fā)明的磁耦合諧振傳輸模塊示意圖；
[0041]圖3(b)是本發(fā)明的磁耦合諧振傳輸模塊的局部圖；
[0042]圖3(c)是本發(fā)明的磁耦合諧振傳輸模塊電路示意圖；
[0043]圖4是本發(fā)明電磁波無線傳輸模塊示意圖。
[0044]其中，1.刀盤，2.護(hù)盾，3.測(cè)量電極，4.分布式米集模塊，5.磁親合諧振傳輸模塊，
6.電磁波無線傳輸模塊，7.隔離模塊，8.濾波模塊，9.集線盤，10.橡膠管套，11.固定裝置，12.線圈板，13.線圈，14.8階巴特沃斯濾波模塊，15.信號(hào)處理傳輸模塊，16.天線。
【具體實(shí)施方式】
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[0045]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0046]如圖1所示，為本發(fā)明的一種可用于盾構(gòu)掘進(jìn)分布式無線通訊裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中分布式無線通訊裝置又由3部分組成，包括分布式采集模塊4、磁耦合諧振傳輸模塊5、電磁波無線傳輸模塊6。其中各部分之間的鏈接闡述如下:分布式采集模塊4前端的集線端子分別與各測(cè)量電極3連接，后端經(jīng)集線模塊將各集線端子的傳輸線通過集線盤9集成到一根電纜中并且通過該集成電纜與磁耦合諧振傳輸模塊5連接，磁耦合諧振傳輸模塊5與電磁波無線傳輸模塊6之間通過光纖連接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，最后信號(hào)通過電磁波無線發(fā)射模塊傳輸?shù)街骺厥业碾姶挪o線接收模塊，最后傳輸?shù)街鳈C(jī)中。
[0047]測(cè)量電極按一定順序布置在刀盤I上，采用了分布式采集模塊4對(duì)各個(gè)電極進(jìn)行信號(hào)采集與傳輸，其中與測(cè)量電極3相接的采集端子上集成了隔離與濾波模塊，對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行簡單濾波的處理。并經(jīng)集線裝置將各采集端子的傳輸線纜集成在一起，再與磁耦合諧振傳輸模塊5連接。
[0048]采用磁耦合