本發(fā)明涉及一種隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前探測(cè)測(cè)量電極伸縮監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隧道施工中采用隧道掘進(jìn)機(jī)機(jī)械施工的比例越來(lái)越高，隧道掘進(jìn)機(jī)是利用回轉(zhuǎn)刀具開(kāi)挖，同時(shí)破碎洞內(nèi)圍巖及掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。然而由于地下地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中很容易因地下各種不良地質(zhì)災(zāi)害而造成時(shí)間、財(cái)產(chǎn)乃至人員的損失。為此，目前，一種新型的激發(fā)極化發(fā)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)已經(jīng)搭載于國(guó)產(chǎn)隧道掘進(jìn)機(jī)上，這種激發(fā)極化系統(tǒng)在隧道掘進(jìn)機(jī)主體的刀盤上設(shè)有多個(gè)供電和測(cè)量電極艙，電極在進(jìn)行激發(fā)極化法預(yù)報(bào)時(shí)從刀盤中伸出，與掌子面接觸，形成閉合回路，進(jìn)行掌子面前方不良地質(zhì)的探測(cè)工作。

然而，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，測(cè)量電極的使用存以下問(wèn)題：

隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化電極必須與掌子面進(jìn)行良好接觸，而在工程使用中往往由于掌子面不平整性導(dǎo)致掌子面與刀盤距離隨電極位置的變化而變化，即不同的電極伸出長(zhǎng)度要求是不同的。如果伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，由于刀盤與掌子面距離很難改變且小于伸出長(zhǎng)度，勢(shì)必會(huì)造成電極軸向應(yīng)力過(guò)大而造成電極的損壞，影響隧道掘進(jìn)機(jī)隧道施工效率，而如果伸出長(zhǎng)度不夠，電極沒(méi)有接觸掌子面，就無(wú)法測(cè)得原始數(shù)據(jù)。此外，激發(fā)極化法探測(cè)完成后，測(cè)量電極必須保證完全回收，如果因不知情導(dǎo)致在測(cè)量電極仍部分伸出的情況下進(jìn)行掘進(jìn)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量電極因其與掌子面的巨大切向摩擦力的導(dǎo)致電極損壞。傳統(tǒng)的激發(fā)極化法沒(méi)有明確的方法來(lái)保證電極與前方掌子面有效的接觸以及電極回收完全，只能憑借電極艙監(jiān)控或者親自到前方掌子面查看，不僅使激發(fā)極化法的探測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性降低，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工作效率低，也可能對(duì)技術(shù)員的人身安全造成威脅。

目前的隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方案，在電極伸出電極艙外時(shí)，電極頭是裸露在外的，缺少一定的保護(hù)措施，而由于隧道掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖面附近圍巖還沒(méi)有進(jìn)行襯砌處理，小型落石、塌方、突水突泥、高應(yīng)力區(qū)的小型巖爆等常見(jiàn)現(xiàn)象很容易在電極伸出時(shí)造成電極的損壞，延誤施工進(jìn)度。

隧道掘進(jìn)機(jī)刀盤是一個(gè)相對(duì)封閉的金屬殼體空間，無(wú)線信號(hào)難以從中傳出，阻隔了刀盤與護(hù)盾之間的信號(hào)傳輸。通常的無(wú)線傳輸無(wú)法滿足隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)機(jī)刀盤上的測(cè)量電極及傳感器與主控室之間的信號(hào)傳輸，而傳統(tǒng)的電纜傳輸占用空間大，且在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)線纜容易因隧道掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中刀盤旋轉(zhuǎn)而扭斷。

因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)電極的伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)，以滿足隧道掘進(jìn)機(jī)施工激發(fā)極化法對(duì)電極的特殊要求。本發(fā)明著力要實(shí)現(xiàn)電極伸縮長(zhǎng)度信號(hào)采集問(wèn)題，使隧道掘進(jìn)機(jī)駕駛?cè)藛T能夠?qū)﹄姌O伸縮過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；實(shí)現(xiàn)電極伸縮長(zhǎng)度信號(hào)從封閉的刀盤內(nèi)傳到刀盤外，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正常傳輸；實(shí)現(xiàn)對(duì)電極的保護(hù)，減少電極損壞的發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前探測(cè)測(cè)量電極伸縮監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)，本發(fā)明通過(guò)電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元、電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元以及信號(hào)處理與傳輸單元實(shí)現(xiàn)電極的伸縮長(zhǎng)度檢測(cè)、保護(hù)以及測(cè)量信號(hào)的傳輸。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前探測(cè)測(cè)量電極伸縮監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)，包括設(shè)置于電極外側(cè)的電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元、電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元，以及接收監(jiān)測(cè)單元傳輸信號(hào)的信號(hào)處理與傳輸單元，所述電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元包括啟合保護(hù)模塊、磁性閉合密封模塊以及彈性傳動(dòng)模塊，所述啟合保護(hù)模塊外套于電極端部且具有開(kāi)合口，啟合保護(hù)模塊外側(cè)設(shè)置有磁性閉合密封模塊以及彈性傳動(dòng)模塊，通過(guò)彈性傳動(dòng)模塊保證啟合保護(hù)模塊在接觸掌子面時(shí)閉合，接觸掌子面后由于來(lái)自掌子面的壓力克服磁性閉合密封模塊的磁力使啟合保護(hù)模塊打開(kāi)，使電極突出于啟合保護(hù)模塊；

所述電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元包括與電極前部的前端接觸判識(shí)模塊和設(shè)置于電極桿尾部的后端長(zhǎng)度追蹤模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電極伸縮長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

所述前端接觸判識(shí)模塊采用半導(dǎo)體壓阻型壓力智能傳感器信號(hào)通過(guò)安裝在電極桿上的系統(tǒng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，壓力傳感器布置在電極前面的一側(cè),與電極頭平行，保證能夠共同接觸掌子面。

所述后端長(zhǎng)度追蹤模塊包括安裝在電極桿尾部的無(wú)線光敏傳感器信號(hào)與安裝在液壓管底部的紅激光發(fā)射裝置。

進(jìn)一步的，紅激光發(fā)射裝置發(fā)射紅激光穿透液壓管中的油體，被安裝在電極桿尾部的無(wú)線光敏傳感器所接收，通過(guò)光強(qiáng)的減弱測(cè)定電極桿伸縮長(zhǎng)度，并給出了光敏傳感器接收點(diǎn)光強(qiáng)與電極桿伸縮長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系。

所述前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊的采集信息傳輸給信號(hào)處理與傳輸單元。

所述啟合保護(hù)模塊為一可開(kāi)合的圓錐型保護(hù)殼，錐底與伸縮桿外殼相連接將上述前端接觸判識(shí)模塊與激發(fā)極化電極同時(shí)包含在保護(hù)殼中，圓錐型保護(hù)殼分成四個(gè)相同的錐形曲面，為保證錐形啟合保護(hù)模塊正常情況下處于閉合狀態(tài)，利用磁性閉合密封模塊和彈性傳動(dòng)模塊進(jìn)行控制。

啟合保護(hù)模塊設(shè)計(jì)成錐形，能夠更好地進(jìn)行閉合操作，同時(shí)在結(jié)束到掌子面后，也能在較小的壓力下進(jìn)行了開(kāi)合。

當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的工作原理的啟示下，可以將其設(shè)計(jì)成其他形狀，如球狀、圓臺(tái)等形狀，但是其均屬于本領(lǐng)域慣常替換手段，不需要付出創(chuàng)造性的勞動(dòng)，理應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

所述磁性密封模塊包括設(shè)在在啟合保護(hù)模塊邊緣上的若干磁條和安裝在邊緣外側(cè)的密封圈，通過(guò)磁條的彼此之間的磁力保證啟合保護(hù)模塊在接觸掌子面時(shí)閉合，接觸掌子面后由于來(lái)自掌子面的壓力克服磁力使錐型保護(hù)模塊打開(kāi)，退到電極后方，通過(guò)密封圈保證錐型啟合保護(hù)模塊在閉合的時(shí)候起到防渣防塵的作用。

所述彈性傳動(dòng)模塊包括彈性件和限位件，所述彈性件的兩端分別設(shè)置于啟合保護(hù)模塊內(nèi)部的頂端和底端，所述啟合保護(hù)模塊的底部裝有限位件以保證啟合保護(hù)模塊沿其延伸平面滑動(dòng)。通過(guò)彈性傳動(dòng)模塊彈性件的彈力保證啟合保護(hù)模塊在接觸掌子面時(shí)閉合，接觸掌子面后由于來(lái)自掌子面的壓力克服彈性件作用力使啟合保護(hù)模塊打開(kāi)，退到電極后方。

由于電極留給保護(hù)單元的空間較小，僅能容納一個(gè)彈性件和小型導(dǎo)軌限位件。若僅用彈性傳動(dòng)模塊，很容易由于掌子面不平整造成保護(hù)殼受力不均勻，進(jìn)而造成保護(hù)殼卡殼。而僅用磁性密封模塊，雖能保持保護(hù)殼的受力均勻性，但磁條的力不能使保護(hù)殼沿限位件恢復(fù)閉合狀態(tài)。故而采用兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)啟合保護(hù)模塊的開(kāi)合。

所述信號(hào)處理與傳輸單元包括系統(tǒng)信號(hào)處理模塊和電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊，分別被配置為對(duì)工作啟停的控制，以及電磁感應(yīng)信號(hào)的采集和處理，解決了將信號(hào)從封閉刀盤傳遞到主控室的問(wèn)題。

所述系統(tǒng)信號(hào)處理模塊位于電極桿上，由信號(hào)處理裝置和無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置組成，將來(lái)自前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊的信號(hào)進(jìn)行初步處理，整合為無(wú)線信號(hào)發(fā)送到位于刀盤內(nèi)的電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊。

所述系統(tǒng)信號(hào)處理模塊接收來(lái)自電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)，對(duì)前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊的啟停進(jìn)行控制，測(cè)量電極伸縮過(guò)程中，系統(tǒng)信號(hào)處理模塊能夠?qū)Τ醪教幚淼男盘?hào)分析，如果分析結(jié)果為電極伸縮出現(xiàn)卡殼等故障現(xiàn)象，便向電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊發(fā)射警報(bào)信號(hào)。

所述電極端部設(shè)置有壓力傳感器，在壓力到達(dá)電極與掌子面接觸良好的閾值時(shí)，系統(tǒng)信號(hào)處理模塊發(fā)出停止伸縮信號(hào)；在壓力到達(dá)電極即將破壞時(shí)的閾值時(shí)，信號(hào)處理模塊發(fā)出損壞警報(bào)信號(hào)。

所述電磁感應(yīng)信息傳輸模塊設(shè)置于刀盤外側(cè)與護(hù)盾相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)表面上，在對(duì)應(yīng)兩個(gè)表面固定兩個(gè)線圈系統(tǒng)，刀盤外側(cè)表面線圈系統(tǒng)的位于刀盤內(nèi)表面的部分接收來(lái)自系統(tǒng)信號(hào)處理模塊的無(wú)線信號(hào)，并產(chǎn)生變化電流信號(hào)，護(hù)盾表面的線圈系統(tǒng)通過(guò)電磁感應(yīng)接受到信號(hào)后，將信號(hào)以電磁波形式傳遞到主控室。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明采用電極桿前端壓力傳感器和后端光敏傳感器組成的電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元，能夠準(zhǔn)確判斷電極與掌子面接觸良好與否及準(zhǔn)確獲得電極伸縮位置的信息，從而保證測(cè)量電極采集的信號(hào)的質(zhì)量，避免電極桿不必要的損壞；同時(shí)后端長(zhǎng)度追蹤模塊采用的光敏傳感器靈敏度高，在伸縮長(zhǎng)度范圍內(nèi)光線強(qiáng)度衰減曲線平滑，具有很強(qiáng)的適用性。

(2)本發(fā)明利用電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電極和傳感器的有效保護(hù)，使電極和傳感器能夠正常工作，并且能夠避免頻繁更換電極和傳感器，有利于節(jié)省材料，提高探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低工程成本。

(3)本發(fā)明的傳感器與系統(tǒng)信號(hào)處理模塊在一起，能夠減少原始信號(hào)的傳輸量，并可實(shí)現(xiàn)局部自啟動(dòng)。同時(shí)，信號(hào)處理與傳輸單元可實(shí)現(xiàn)雙向信息傳遞，保證可以順利地進(jìn)行傳感器信號(hào)的發(fā)射和接收。

(4)本發(fā)明的電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元的保護(hù)殼與電極桿外殼連接，形成相對(duì)封閉的環(huán)境，從一定程度上降低外界對(duì)系統(tǒng)信號(hào)處理模塊無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，采用電磁感應(yīng)的方式將信號(hào)從封閉刀盤傳出，解除了無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)南拗疲?/p>

(5)通過(guò)壓力傳感器與光敏傳感器共同實(shí)現(xiàn)了對(duì)電極伸縮長(zhǎng)度的實(shí)時(shí)追蹤，從而避免傳統(tǒng)通過(guò)監(jiān)控或人員親自查看等費(fèi)時(shí)、不精確又存在一定危險(xiǎn)的對(duì)電極伸縮判斷方法。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明在隧道掘進(jìn)機(jī)上布置的位置效果圖

圖2(a)是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(b)是本發(fā)明的電極的工作狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明的電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元示意圖；

圖4是電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元示意圖；

圖5是本發(fā)明的光敏傳感器接收點(diǎn)光強(qiáng)與電極桿伸縮距離的函數(shù)關(guān)系示意圖；

其中，1.護(hù)盾2.刀盤3.電極4.線圈系統(tǒng)無(wú)線接收器5.線圈系統(tǒng)6.電磁波無(wú)線傳輸裝置7.測(cè)量電極8.壓力傳感器9.液壓系統(tǒng)10.紅激光發(fā)射裝置11.光敏傳感器12.系統(tǒng)信號(hào)處理模塊13.信號(hào)處理整合裝置14.無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置15.錐形保護(hù)殼16.限位圓箍17.橡膠密封圈18.磁條19.彈性傳動(dòng)模塊。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

一種隧道掘進(jìn)機(jī)搭載的激發(fā)極化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)電極的伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元、電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元以及信號(hào)處理與傳輸單元組成。該系統(tǒng)的電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元采用前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電極伸縮長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；該系統(tǒng)的電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元采用錐形啟合保護(hù)模塊、磁性閉合密封模塊以及彈性傳動(dòng)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器和電極的保護(hù)；該系統(tǒng)的信號(hào)處理與傳輸單元采用系統(tǒng)信號(hào)處理模塊和電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)工作啟停的控制，信號(hào)的采集和處理，解決了將信號(hào)從封閉刀盤傳遞到主控室的問(wèn)題。

所述電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元由前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊組成。

所述前端接觸判識(shí)模塊采用半導(dǎo)體壓阻型壓力智能傳感器信號(hào)通過(guò)安裝在電極桿上的系統(tǒng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，壓力傳感器布置在電極前面的一側(cè),與電極頭平行，保證能夠共同接觸掌子面。

所述后端長(zhǎng)度追蹤模塊采用安裝在電極桿尾部的無(wú)線光敏傳感器信號(hào)與安裝在液壓管底部的紅激光發(fā)射裝置組成。紅激光發(fā)射裝置發(fā)射紅激光穿透液壓管中的油體，被安裝在電極桿尾部的無(wú)線光敏傳感器所接受，通過(guò)光強(qiáng)的減弱測(cè)定電極桿伸縮長(zhǎng)度，并給出了光敏傳感器接收點(diǎn)光強(qiáng)與電極桿伸縮長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系。本模塊與上述前端接觸判識(shí)模塊信號(hào)一樣通過(guò)安裝在電極桿上的系統(tǒng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理。

所述電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元由錐形啟合保護(hù)模塊、磁性閉合密封模塊和彈性傳動(dòng)模塊組成。

所述錐型啟合保護(hù)模塊采用圓錐型保護(hù)殼，錐底與伸縮桿外殼相連接將上述前端接觸判識(shí)模塊與激發(fā)極化電極同時(shí)包含在保護(hù)殼中。圓錐型保護(hù)殼分成四個(gè)相同的錐形曲面，為保證錐形啟合保護(hù)模塊正常情況下處于閉合狀態(tài)，利用磁性閉合密封模塊和彈性傳動(dòng)模塊進(jìn)行控制。

所述磁性密封模塊包括貼在曲面棱邊上的磁條和安裝在曲面棱邊外側(cè)的橡膠密封圈組成。通過(guò)磁條的磁力保證錐型啟合保護(hù)模塊在接觸掌子面時(shí)閉合，接觸掌子面后由于來(lái)自掌子面的壓力克服磁力使錐型保護(hù)模塊打開(kāi)，退到電極后方。通過(guò)橡膠密封圈保證錐型啟合保護(hù)模塊在閉合的時(shí)候起到防渣防塵的作用。

所述彈性傳動(dòng)模塊將曲面與底部通過(guò)沿自身平面的彈簧連接，并且底部裝有剛性圓箍以保證曲面沿自身平面滑動(dòng)。通過(guò)彈性傳動(dòng)模塊彈簧的彈力保證錐型啟合保護(hù)模塊在接觸掌子面時(shí)閉合，接觸掌子面后由于來(lái)自掌子面的壓力克服彈簧作用力使錐型啟合保護(hù)模塊打開(kāi)，退到電極后方。

所述信號(hào)處理與傳輸單元由系統(tǒng)信號(hào)處理模塊和電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊組成。

所述系統(tǒng)信號(hào)處理模塊位于電極桿上，由信號(hào)處理裝置和無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置組成，將來(lái)自上述前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊的信號(hào)進(jìn)行初步處理，整合為無(wú)線信號(hào)發(fā)送到仍位于刀盤內(nèi)的電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊。系統(tǒng)信號(hào)處理模塊接受來(lái)自電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊的信號(hào)，對(duì)上述前端接觸判識(shí)模塊和后端長(zhǎng)度追蹤模塊的啟停進(jìn)行控制。測(cè)量電極伸縮過(guò)程中，系統(tǒng)信號(hào)處理模塊能夠?qū)Τ醪教幚淼男盘?hào)分析，假如電極伸縮出現(xiàn)卡殼等故障現(xiàn)象，便向電磁感應(yīng)信號(hào)傳輸模塊發(fā)射警報(bào)信號(hào)。上述壓力傳感器傳感器在壓力到達(dá)電極與掌子面接觸良好的閾值時(shí)，系統(tǒng)信號(hào)處理模塊發(fā)出停止伸縮信號(hào)；在壓力到達(dá)電極即將破壞時(shí)的閾值時(shí)，信號(hào)處理模塊發(fā)出損壞警報(bào)信號(hào)。

所述電磁感應(yīng)信息傳輸模塊設(shè)置于刀盤外側(cè)與護(hù)盾相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)表面上，在對(duì)應(yīng)兩個(gè)表面固定兩個(gè)線圈系統(tǒng)，刀盤外側(cè)表面線圈系統(tǒng)的位于刀盤內(nèi)表面的部分接收來(lái)自系統(tǒng)信號(hào)處理模塊的無(wú)線信號(hào)，并產(chǎn)生變化電流信號(hào)。護(hù)盾表面的線圈系統(tǒng)通過(guò)電磁感應(yīng)接受到信號(hào)后，將信號(hào)以電磁波形式傳遞到主控室。

作為一種典型實(shí)施方式，詳細(xì)對(duì)上述方案進(jìn)行解釋。

如圖1所示為本發(fā)明在隧道掘進(jìn)機(jī)上布置的效果圖。其中電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元及電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元集成于圖示電極3中。線圈系統(tǒng)無(wú)線接收器4位于刀盤2內(nèi)表面，接受來(lái)自電極3的信號(hào)。兩個(gè)線圈系統(tǒng)5相對(duì)應(yīng)，護(hù)盾1后線圈接受到的信號(hào)經(jīng)電磁波無(wú)線傳輸裝置6傳遞到主控室。

如圖2(a)所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中紅激光發(fā)射裝置10、光敏傳感器11和壓力傳感器8共同構(gòu)成電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元，信號(hào)處理整合裝置13和無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置14共同構(gòu)成系統(tǒng)信號(hào)處理模塊12。圖2(b)表示壓力傳感器8與測(cè)量電極7同時(shí)與掌子面同時(shí)接觸，實(shí)現(xiàn)壓力傳感器8對(duì)測(cè)量電極7與掌子面接觸與否的檢測(cè)。由于電極要同時(shí)完成激發(fā)極化超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，電場(chǎng)條件復(fù)雜，為防止電場(chǎng)對(duì)壓力傳感器8的干擾，壓力傳感器8采用壓阻式傳感器，這一部分為前端接觸判識(shí)模塊。由于液壓艙中充滿了油體，傳統(tǒng)通過(guò)反射的激光測(cè)距方法由于油體的漫反射，很難收到反射信號(hào)，且由于距離較短，精度在合理成本范圍很難達(dá)到要求。而超聲波測(cè)距在隧道掘進(jìn)機(jī)復(fù)雜機(jī)械運(yùn)作過(guò)程中各種產(chǎn)生的各種噪音的影響下精度也難以保證，因此采用如圖2(a)中所示的后端長(zhǎng)度追蹤模塊技術(shù)方案，液壓艙底部的紅激光發(fā)射裝置10發(fā)射紅激光線至光敏傳感器11，電極伸出過(guò)程如圖2(a)到圖2(b)所示。紅激光發(fā)射裝置10與光敏傳感器11之間距離變化與光強(qiáng)度(或光敏電阻阻值)如圖5所示，根據(jù)圖5中的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)圖3中所示的信息處理整合模塊12將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化為距離變化信號(hào)。這種后端長(zhǎng)度追蹤模塊技術(shù)方案光線為單向傳遞，且油體中的微粒對(duì)光吸收較明顯，使光強(qiáng)隨距離變化范圍大且明顯。

如圖5所示為光敏傳感器接收點(diǎn)光強(qiáng)與電極桿伸縮距離的函數(shù)關(guān)系圖，根據(jù)布格爾-朗伯定律：i＝i0*e^-αl，其中i為入射光強(qiáng)，i0為出射光強(qiáng)，α介質(zhì)吸收系數(shù)，l為介質(zhì)長(zhǎng)度。由于i0為i的系數(shù)，因此函數(shù)圖形形狀與i0無(wú)關(guān)，進(jìn)而將圖5中取i0為1，α取1m^-1，l(此處介質(zhì)長(zhǎng)度等同電極桿伸縮距離)取值區(qū)間為(0，2m)，此時(shí)得出的函數(shù)曲線平滑，根據(jù)理論計(jì)算，α(0.1m^-1,3.4m^-1)區(qū)間以內(nèi)函數(shù)曲線分辨率均能夠很好的滿足分辨率的要求，而實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，液壓艙內(nèi)油品的介質(zhì)吸收系數(shù)α大多都在這個(gè)范圍內(nèi)，基本可以滿足要求。紅激光的發(fā)光強(qiáng)度i0可以根據(jù)工程中應(yīng)用的光敏傳感器相應(yīng)的量程調(diào)節(jié)，如前述，i0只是系數(shù)，并不改變函數(shù)圖形形狀。

如圖2所示為電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元，其主要包括由錐形保護(hù)殼15和限位圓箍16構(gòu)成的錐形啟合保護(hù)模塊、由橡膠密封圈17和磁條18構(gòu)成的磁性閉合密封模塊和彈性傳動(dòng)模塊19。電極伸縮保護(hù)單元的具體工作過(guò)程如下所述：電極伸縮保護(hù)單元在電極接觸掌子面前處于閉合狀態(tài)，測(cè)量電極與電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元處于電極伸縮保護(hù)單元的保護(hù)下。接觸掌子面后電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元打開(kāi)，電極與電極伸縮長(zhǎng)度監(jiān)測(cè)單元露出，與掌子面接觸進(jìn)行工作。當(dāng)電極脫離掌子面時(shí)，電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元恢復(fù)閉合狀態(tài)。

電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元的錐形保護(hù)殼15基本外形為圓錐型，圓錐底面大于伸縮桿截面。錐形保護(hù)殼15分割為四個(gè)完全相同的可以沿固定方向活動(dòng)的曲面，各保護(hù)面彼此分離且各保護(hù)面與錐底通過(guò)沿母線方向的彈性傳動(dòng)模塊19連接。為了保證錐型保護(hù)殼只沿其自身所在曲面滑動(dòng)，在錐底外四周加限位圓箍16，與錐底之間形成寬度較小的能夠被保護(hù)面穿過(guò)的限位槽。通過(guò)磁性閉合密封模塊的磁條18保證錐形保護(hù)殼15在電極未接觸掌子面之前完全閉合，以保護(hù)電極。隧道掘進(jìn)機(jī)施工環(huán)境富含粉塵渣土，因此通過(guò)磁性閉合密封模塊的橡膠密封圈17防止其落入錐形保護(hù)殼15內(nèi)部。工作時(shí)，保護(hù)殼頂部受掌子面壓力而克服磁性閉合密封模塊的磁力和彈性傳動(dòng)模塊19的彈力張開(kāi)，脫離掌子面后，壓力隨之消失，錐形保護(hù)殼15在磁性閉合密封模塊和彈性傳動(dòng)模塊19的作用下恢復(fù)閉合狀態(tài)。整個(gè)電極伸縮過(guò)程保護(hù)單元為全自動(dòng)機(jī)械裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。

本發(fā)明未詳述內(nèi)容均為現(xiàn)有技術(shù)，不再贅述。

以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。