無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法，其裝置包括控制終端、無線數(shù)據(jù)存儲裝置、振動信號接收裝置、無線數(shù)據(jù)采集裝置和振動激發(fā)裝置，采用無線立體空間分布式彈性波采集儀器、無線數(shù)據(jù)存儲儀器和人力小能量錘擊方式，可以快捷、方便、安全的采集到大量的彈性波信號；采用多個(11個)立體空間分布的振動信號接收裝置可采集到充分的、完備的、足夠密度的三維空間彈性波場數(shù)據(jù)，從而分析計算得到準確的、高精度的地質(zhì)三維成像。無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測裝置具有信噪比極高、結(jié)構(gòu)簡潔、輕便、能耗低、使用安全等優(yōu)點，安裝簡單快捷、測量效率高、探測精度高、準確度高、探測范圍大等優(yōu)點。
【專利說明】無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于工程物探【技術(shù)領域】，可用與隧道地質(zhì)超前預報探測、深埋樁基檢測、探礦及其他地質(zhì)探測，具體涉及一種無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，應用地震波法進行地質(zhì)超前預報、樁基檢測、探礦和其他地質(zhì)探測是最常用最有效最快捷的方法之一。地震波法工作原理是利用在隧道圍巖以排列方式激發(fā)彈性波，彈性波在向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面，即地質(zhì)巖性變化的界面、構(gòu)造破碎帶、巖溶和巖溶發(fā)育帶等，會產(chǎn)生彈性波的反射現(xiàn)象，這種反射波被布置在隧道圍巖內(nèi)的檢波裝置接收下來，輸入到儀器中進行信號的放大、數(shù)字采集和處理，實現(xiàn)獲得隧道、隧洞掌子面前方的地質(zhì)信息或深埋樁基的結(jié)構(gòu)信息。
[0003]應用地震波法可探測隧道、隧洞、地下廠房等地下工程的巖土體開挖面前方的地質(zhì)情況，力圖在施工前掌握前方的巖土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)，以及地下水、瓦斯等的賦存情況、地應力情況等地質(zhì)信息，為進一步的施工提供指導，以避免施工及運營過程中發(fā)生涌水、瓦斯突出、巖爆、大變形等等地質(zhì)災害，保證施工的安全和順利進行。
[0004]應用地震波法作為地質(zhì)探測的準確性和精度主要取決與以下四個方面:1)使用更好的測試方法對觀測系統(tǒng)進行觀測，以獲得有效的、足夠的三維空間彈性波場數(shù)據(jù)；2)設計出或者改進所用的測量儀器/裝置，提高所用的測量儀器/裝置的精度和準確度，提高所采集信號的信噪比；3)研究和應用現(xiàn)代信號消除噪聲和信號分析處理技術(shù)；4)研究和應用彈性波分析和處理方法，提高地質(zhì)成像的準確度和精度。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中，為了提供高探測的準確性和精度，通常采用以下措施:1)提高激振能力，如采用炸藥爆炸產(chǎn)生地震的方法；2)降低探測頻率；3)提高模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換位數(shù)的，如采用32位模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換；4)采用性能更加優(yōu)越的傳感器；5)研究和應用新的彈性波分析和處理方法。
[0006]以上方法主要有以下問題:1)單靠提高模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換位數(shù)(如采用32位模數(shù)轉(zhuǎn)換)，當模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)提高到一定程度時，很難進一步提高信噪比；2)降低探測頻率雖然可以一定程度提高探測距離，但會降低探測分辨率；3)過大提高激振能力，會存在損毀探測對象的危險，并且對檢測施工人員的人生安全帶來很大的威脅和危害。因此研究如何提高彈性波法地質(zhì)探測的準確性、精度和安全性具有重要的現(xiàn)實意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法，本發(fā)明中裝置的信噪比高、結(jié)構(gòu)較為簡潔且能耗低，同時本發(fā)明中系統(tǒng)和方法安裝簡單快捷、測量效率高、探測精度高、準確度高且探測范圍大。
[0008]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種無線分布式彈性波反射體探測裝置，包括控制終端、無線數(shù)據(jù)存儲裝置、振動信號接收裝置、無線數(shù)據(jù)采集裝置和振動激發(fā)裝置，所述振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置無線連接，所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置與所述控制終端無線連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置包括無線信號采集子裝置、信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線通信子裝置和供電電池，所述無線信號采集子裝置的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述無線信號采集子裝置的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端相連接，所述信號調(diào)理子裝置的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸出端與無線通信子裝置的輸入端相連接，所述無線通信子裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端相連接，所述供電電池與所述信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線信號采集子裝置、無線通信子裝置的電源端相連接。
[0009]所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置包括數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置和電源，所述下位機無線通信子裝置的輸入端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置無線連接，所述下位機無線通信子裝置的輸出端與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸入端相連接，所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸出端與所述上位機無線通信子裝置的輸入端相連接，所述上位機無線通信子裝置的輸出端與所述控制終端無線連接，所述電源與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置的電源端相連接。
[0010]所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的無線通信子裝置為基于2.4GISM頻段通信裝置，所述無線信號采集子裝置包括振動信號接收通道、信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和無線通信電路，所述振動信號接收通道的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述振動信號接收通道的輸出端依次通過信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路后與無線通信電路的輸入端相連接，所述無線通信電路的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端無線連接。
[0011]所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置為基于2.4GISM頻段通信裝置和/或基于802.1lNwifi通信裝置。
[0012]所述振動信號接收裝置為加速器傳感器，所述振動激發(fā)裝置僅用于觸發(fā)振動，不與任何設備有電路上的連接。
[0013]本發(fā)明還提供了一種無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，包括一個控制終端、一個無線數(shù)據(jù)存儲裝置、十一個的振動信號接收裝置、十一臺的無線數(shù)據(jù)采集裝置和一個振動激發(fā)裝置，振動信號接收裝置與無線數(shù)據(jù)采集裝置成對連接且振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端通過不同信道無線連接，無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸出端與所述控制終端相連接。
[0014]所述振動信號接收裝置為十一個，包括第一振動信號接收裝置、第二振動信號接收裝置、第三振動信號接收裝置、第四振動信號接收裝置、第五振動信號接收裝置、第六振動信號接收裝置、第七振動信號接收裝置、第八振動信號接收裝置、第九振動信號接收裝置、第十振動信號接收裝置、第十一振動信號接收裝置，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置為十一個，包括第一無線數(shù)據(jù)采集裝置、第二無線數(shù)據(jù)采集裝置、第三無線數(shù)據(jù)采集裝置、第四無線數(shù)據(jù)采集裝置、第五無線數(shù)據(jù)采集裝置、第六無線數(shù)據(jù)采集裝置、第七無線數(shù)據(jù)采集裝置、第八無線數(shù)據(jù)采集裝置、第九無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置，所述第一振動信號接收裝置的輸出端與所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第二振動信號接收裝置的輸出端與所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第三振動信號接收裝置的輸出端與所述第三無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第四振動信號接收裝置的輸出端與所述第四無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第五振動信號接收裝置的輸出端與所述第五無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第六振動信號接收裝置的輸出端與所述第六無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第七振動信號接收裝置的輸出端與所述第七無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第八振動信號接收裝置的輸出端與所述第八無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第九振動信號接收裝置的輸出端與所述第九無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十振動信號接收裝置的輸出端與所述第十無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十一振動信號接收裝置的輸出端與所述第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接；
[0015]位于掌子面后方的已開挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段內(nèi)均勻安裝十一個振動信號接收裝置，且十一個振動信號接收裝置在隧道段內(nèi)呈三維立體均勻設置。
[0016]第一振動信號接收裝置安裝在激振裝置產(chǎn)生的震源位置；
[0017]第二振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0018]第三振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0019]第四振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；
[0020]第五個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面十七米；
[0021]第六個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；
[0022]第七個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0023]第八個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0024]第九個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；
[0025]第十個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面二十七米；
[0026]第十一個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一。
[0027]十一個振動信號接收裝置接受的應力波方向為延隧道軸線方向。
[0028]本發(fā)明還提供了一種無線分布式彈性波反射體探測方法，包括如下步驟:
[0029]步驟A)共十二個激振點:第一個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第二個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第三個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第四個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第五個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第六個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第七個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第八個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第九個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第十個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第十一個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第十二個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；
[0030]步驟B)使用所述激振裝置分別在各個激振點激發(fā)震動，同時觸發(fā)安裝在隧道內(nèi)所有所述振動信號接收裝置和所述無線數(shù)據(jù)采集裝置同步采集振動信號；
[0031]步驟C)所述激振裝置激發(fā)的震動波直接被第一個振動信號接收裝置，并被第一個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；同時該震動波直接被所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置接收到，并以此信號為觸發(fā)信號同步觸發(fā)第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個無線數(shù)據(jù)采集裝置開始米集；
[0032]步驟D)每次激發(fā)震動波在傳播過程中碰到前方阻抗界面時會發(fā)生反射、折射、衍射，這些激發(fā)震動波在隧道未開挖段傳播的全息信號都會被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個振動信號接收裝置接收到，并被各個對應的所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；
[0033]步驟E)每個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置再將采集到的全息信號通過無線方式發(fā)送到所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置；
[0034]步驟F)所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置再將接收到的所有數(shù)據(jù)通過802.1lnffIFI方式發(fā)送到所述操作控制終端；
[0035]步驟G)所述操作控制終端接收到全部震動信號數(shù)據(jù)后進行分析處理，并繪制和生成隧道未開挖段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的全息三維圖像和影像。
[0036]本發(fā)明具有積極的效果:本發(fā)明提供了一種無線分布式彈性波反射體探測裝置、系統(tǒng)和方法，采用無線立體空間分布式彈性波采集儀器、無線數(shù)據(jù)存儲儀器和人力小能量錘擊方式，可以快捷、方便、安全的采集到大量的彈性波信號；采用高位數(shù)的模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理電路、運算放大電路，大幅提高信噪比，可采集到精準的彈性波信號；采用先對單個信號獨立設置濾波參數(shù)方式進行濾波，然后應用二維濾波方法，進一步提高信號的信噪比；采用多個(11個)立體空間分布的振動信號接收裝置可采集到充分的、完備的、足夠密度的三維空間彈性波場數(shù)據(jù)，從而分析計算得到準確的、高精度的地質(zhì)三維成像。無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測裝置具有信噪比極高、結(jié)構(gòu)簡潔、輕便、能耗低、使用安全等優(yōu)點，無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析系統(tǒng)具有安裝簡單快捷、測量效率高、探測精度高、準確度高、探測范圍大等優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0037]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中:
[0038]圖1為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)原理示意圖。
[0039]圖2為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)的測點布置和激振點橫截面布置示意圖。
[0040]圖3為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)的測點布置和激振點平面布置示意圖。
[0041]其中:圖2和圖3中，“X”為激振點，“.”為傳感器。
【具體實施方式】
[0042](實施例1)
[0043]圖1至圖3顯示了本發(fā)明的一種【具體實施方式】，其中圖1為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)原理示意圖。圖2為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)的測點布置和激振點橫截面布置示意圖。圖3為本發(fā)明提供的無線立體空間分布式彈性波反射體追蹤分析探測系統(tǒng)的測點布置和激振點平面布置示意圖。
[0044]見圖1，一種無線分布式彈性波反射體探測裝置，包括控制終端、無線數(shù)據(jù)存儲裝置、振動信號接收裝置、無線數(shù)據(jù)采集裝置和振動激發(fā)裝置，所述振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置無線連接，所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置與所述控制終端無線連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置包括無線信號采集子裝置、信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線通信子裝置和供電電池，所述無線信號采集子裝置的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述無線信號采集子裝置的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端相連接，所述信號調(diào)理子裝置的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸出端與無線通信子裝置的輸入端相連接，所述無線通信子裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端相連接，所述供電電池與所述信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線信號采集子裝置、無線通信子裝置的電源端相連接。
[0045]所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置包括數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置和電源，所述下位機無線通信子裝置的輸入端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置無線連接，所述下位機無線通信子裝置的輸出端與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸入端相連接，所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸出端與所述上位機無線通信子裝置的輸入端相連接，所述上位機無線通信子裝置的輸出端與所述控制終端無線連接，所述電源與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置的電源端相連接。
[0046]所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的無線通信子裝置為基于2.4GISM頻段通信裝置，所述無線信號采集子裝置包括振動信號接收通道、信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和無線通信電路，所述振動信號接收通道的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述振動信號接收通道的輸出端依次通過信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路后與無線通信電路的輸入端相連接，所述無線通信電路的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端無線連接。
[0047]所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置為基于
2.4GISM頻段通信裝置和/或基于802.1lNwifi通信裝置。[0048]所述振動信號接收裝置為加速器傳感器，所述振動激發(fā)裝置僅用于觸發(fā)振動，不與任何設備有電路上的連接。
[0049]操作控制終端可以是筆記本電腦、平板電腦或者智能手機；主要用于配置無線數(shù)據(jù)存儲裝置、無線數(shù)據(jù)采集裝置，接收、保存彈性波信號數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)預處理。振動激發(fā)裝置為十二磅鐵錘或者磁致伸縮震源；振動激發(fā)裝置僅用于觸發(fā)振動，不與任何設備有電路上的連接。
[0050]見圖1本發(fā)明還提供了一種無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，包括一個控制終端、一個無線數(shù)據(jù)存儲裝置、十一個的振動信號接收裝置、十一臺的無線數(shù)據(jù)采集裝置和一個振動激發(fā)裝置，振動信號接收裝置與無線數(shù)據(jù)采集裝置成對連接且振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端通過不同信道無線連接，無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸出端與所述控制終端相連接。
[0051]所述振動信號接收裝置為十一個，包括第一振動信號接收裝置、第二振動信號接收裝置、第三振動信號接收裝置、第四振動信號接收裝置、第五振動信號接收裝置、第六振動信號接收裝置、第七振動信號接收裝置、第八振動信號接收裝置、第九振動信號接收裝置、第十振動信號接收裝置、第十一振動信號接收裝置，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置為十一個，包括第一無線數(shù)據(jù)采集裝置、第二無線數(shù)據(jù)采集裝置、第三無線數(shù)據(jù)采集裝置、第四無線數(shù)據(jù)采集裝置、第五無線數(shù)據(jù)采集裝置、第六無線數(shù)據(jù)采集裝置、第七無線數(shù)據(jù)采集裝置、第八無線數(shù)據(jù)采集裝置、第九無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置，所述第一振動信號接收裝置的輸出端與所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第二振動信號接收裝置的輸出端與所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第三振動信號接收裝置的輸出端與所述第三無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第四振動信號接收裝置的輸出端與所述第四無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第五振動信號接收裝置的輸出端與所述第五無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第六振動信號接收裝置的輸出端與所述第六無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第七振動信號接收裝置的輸出端與所述第七無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第八振動信號接收裝置的輸出端與所述第八無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第九振動信號接收裝置的輸出端與所述第九無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十振動信號接收裝置的輸出端與所述第十無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十一振動信號接收裝置的輸出端與所述第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接；
[0052]位于掌子面后方的已開挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段內(nèi)均勻安裝十一個振動信號接收裝置，且十一個振動信號接收裝置在隧道段內(nèi)呈三維立體均勻設置。
[0053]第一振動信號接收裝置安裝在激振裝置產(chǎn)生的震源位置；
[0054]第二振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0055]第三振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0056]第四振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；[0057]第五個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面十七米；
[0058]第六個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；
[0059]第七個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0060]第八個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三；
[0061]第九個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；
[0062]第十個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面二十七米；
[0063]第十一個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一。
[0064]十一個振動信號接收裝置接受的應力波方向為延隧道軸線方向。
[0065]見圖2和圖3所示，其具體實施案例如下:包括如下步驟:
[0066]步驟A)共十二個激振點:第一個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第二個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第三個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子而二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第四個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第五個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第六個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第七個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第八個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第九個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第十個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第十一個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第十二個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；
[0067]步驟B)使用所述激振裝置分別在各個激振點激發(fā)震動，同時觸發(fā)安裝在隧道內(nèi)所有所述振動信號接收裝置和所述無線數(shù)據(jù)采集裝置同步采集振動信號；
[0068]步驟C)所述激振裝置激發(fā)的震動波直接被第一個振動信號接收裝置，并被第一個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；同時該震動波直接被所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置接收到，并以此信號為觸發(fā)信號同步觸發(fā)第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個無線數(shù)據(jù)采集裝置開始米集；
[0069]步驟D)每次激發(fā)震動波在傳播過程中碰到前方阻抗界面時會發(fā)生反射、折射、衍射，這些激發(fā)震動波在隧道未開挖段傳播的全息信號都會被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個振動信號接收裝置接收到，并被各個對應的所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；
[0070]步驟E)每個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置再將采集到的全息信號通過無線方式發(fā)送到所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置；
[0071]步驟F)所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置再將接收到的所有數(shù)據(jù)通過802.1lnffIFI方式發(fā)送到所述操作控制終端；
[0072]步驟G)所述操作控制終端接收到全部震動信號數(shù)據(jù)后進行分析處理，并繪制和生成隧道未開挖段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的全息三維圖像和影像。
[0073]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的實質(zhì)精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種無線分布式彈性波反射體探測裝置，其特征在于:包括控制終端、無線數(shù)據(jù)存儲裝置、振動信號接收裝置、無線數(shù)據(jù)采集裝置和振動激發(fā)裝置，所述振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置無線連接，所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置與所述控制終端無線連接，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置包括無線信號采集子裝置、信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線通信子裝置和供電電池，所述無線信號采集子裝置的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述無線信號采集子裝置的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端相連接，所述信號調(diào)理子裝置的輸出端與所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸入端相連接，所述A/D轉(zhuǎn)換子裝置的輸出端與無線通信子裝置的輸入端相連接，所述無線通信子裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端相連接，所述供電電池與所述信號調(diào)理子裝置、A/D轉(zhuǎn)換子裝置、無線信號采集子裝置、無線通信子裝置的電源端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線分布式彈性波反射體探測裝置，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置包括數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置和電源，所述下位機無線通信子裝置的輸入端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置無線連接，所述下位機無線通信子裝置的輸出端與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸入端相連接，所述數(shù)據(jù)存儲子裝置的輸出端與所述上位機無線通信子裝置的輸入端相連接，所述上位機無線通信子裝置的輸出端與所述控制終端無線連接，所述電源與所述數(shù)據(jù)存儲子裝置、下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置的電源端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線分布式彈性波反射體探測裝置，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的無線通信子裝置為基于2.4GISM頻段通信裝置，所述無線信號采集子裝置包括振動信號接收通道、信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和無線通信電路，所述振動信號接收通道的輸入端與所述振動信號接收裝置的輸出端相連接，所述振動信號接收通道的輸出端依次通過信號調(diào)理電路、運算放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路后與無線通信電路的輸入端相連接，所述無 線通信電路的輸出端與所述信號調(diào)理子裝置的輸入端無線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線分布式彈性波反射體探測裝置，其特征在于:所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置的下位機無線通信子裝置、上位機無線通信子裝置為基于2.4GISM頻段通信裝置和/或基于802.1lNwifi通信裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4中任意一項所述無線分布式彈性波反射體探測裝置，其特征在于:所述振動信號接收裝置為加速器傳感器，所述振動激發(fā)裝置僅用于觸發(fā)振動，不與任何設備有電路上的連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，其特征在于:包括一個控制終端、一個無線數(shù)據(jù)存儲裝置、十一個的振動信號接收裝置、十一臺的無線數(shù)據(jù)采集裝置和一個振動激發(fā)裝置，振動信號接收裝置與無線數(shù)據(jù)采集裝置成對連接且振動信號接收裝置的輸出端與所述無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸入端通過不同信道無線連接，無線數(shù)據(jù)存儲裝置的輸出端與所述控制終端相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，其特征在于:所述振動信號接收裝置為十一個，包括第一振動信號接收裝置、第二振動信號接收裝置、第三振動信號接收裝置、第四振動信號接收裝置、第五振動信號接收裝置、第六振動信號接收裝置、第七振動信號接收裝置、第八振動信號接收裝置、第九振動信號接收裝置、第十振動信號接收裝置、第十一振動信號接收裝置，所述無線數(shù)據(jù)采集裝置為十一個，包括第一無線數(shù)據(jù)采集裝置、第二無線數(shù)據(jù)采集裝置、第三無線數(shù)據(jù)采集裝置、第四無線數(shù)據(jù)采集裝置、第五無線數(shù)據(jù)采集裝置、第六無線數(shù)據(jù)采集裝置、第七無線數(shù)據(jù)采集裝置、第八無線數(shù)據(jù)采集裝置、第九無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十無線數(shù)據(jù)采集裝置、第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置，所述第一振動信號接收裝置的輸出端與所述第一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第二振動信號接收裝置的輸出端與所述第二無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第三振動信號接收裝置的輸出端與所述第三無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第四振動信號接收裝置的輸出端與所述第四無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第五振動信號接收裝置的輸出端與所述第五無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第六振動信號接收裝置的輸出端與所述第六無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第七振動信號接收裝置的輸出端與所述第七無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第八振動信號接收裝置的輸出端與所述第八無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第九振動信號接收裝置的輸出端與所述第九無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十振動信號接收裝置的輸出端與所述第十無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接，所述第十一振動信號接收裝置的輸出端與所述第十一無線數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端相連接； 位于掌子面后方的已開挖隧道的距掌子面十米至二十五米隧道段內(nèi)均勻安裝十一個振動信號接收裝置，且十一個振動信號接收裝置在隧道段內(nèi)呈三維立體均勻設置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，其特征在于:第一振動信號接收裝置安裝在激振裝置產(chǎn)生的震源位置； 第二振動信號接收裝置 安裝在隧道左壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三； 第三振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三； 第四振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一； 第五個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面十七米； 第六個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一； 第七個振動信號接收裝置安裝在隧道左壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三； 第八個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之三； 第九個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一； 第十個振動信號接收裝置安裝在隧道頂部中央、距掌子面二十七米； 第十一個振動信號接收裝置安裝在隧道右壁、距掌子面二十七米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的無線分布式彈性波反射體探測系統(tǒng)，其特征在于:十一個振動信號接收裝置接受的應力波方向為延隧道軸線方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至權(quán)利要求7中任意一項所述的無線分布式彈性波反射體探測方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟A)共十二個激振點:第一個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第二個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第三個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第四個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第五個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第六個激振點選擇位于在隧道左壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第七個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第八個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第九個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面二米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一；第十個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的八分之一；第十一個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的四分之一；第十二個激振點選擇位于在隧道右壁、距掌子面四米、距地面高度為地面到隧道頂部高的二分之一； 步驟B)使用所述激振裝置分別在各個激振點激發(fā)震動，同時觸發(fā)安裝在隧道內(nèi)所有所述振動信號接收裝置和所述無線數(shù)據(jù)采集裝置同步采集振動信號； 步驟C)所述激振裝 置激發(fā)的震動波直接被第一個振動信號接收裝置，并被第一個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；同時該震動波直接被所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置接收到，并以此信號為觸發(fā)信號同步觸發(fā)第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個無線數(shù)據(jù)采集裝置開始米集； 步驟D)每次激發(fā)震動波在傳播過程中碰到前方阻抗界面時會發(fā)生反射、折射、衍射，這些激發(fā)震動波在隧道未開挖段傳播的全息信號都會被所述第二、三、四、五、六、七、八、九、十、十一個振動信號接收裝置接收到，并被各個對應的所述無線數(shù)據(jù)采集裝置采集到；步驟E)每個所述無線數(shù)據(jù)采集裝置再將采集到的全息信號通過無線方式發(fā)送到所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置； 步驟F)所述無線數(shù)據(jù)存儲裝置再將接收到的所有數(shù)據(jù)通過802.1lnffIFI方式發(fā)送到所述操作控制終端； 步驟G)所述操作控制終端接收到全部震動信號數(shù)據(jù)后進行分析處理，并繪制和生成隧道未開挖段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的全息三維圖像和影像。
【文檔編號】G01V7/06GK104020488SQ201410260279
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】王甫, 梁鋒 申請人:成都燕飛科技有限公司