[發明專利]用于隧道超前地質探測的鉆孔雷達天線自動探測輔助裝置

有效

• 申請號: 201510082307.5
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104678453B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 林春金;李堯;楊磊;李術才;劉斌;徐磊;聶利超
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V9/00
• 分類號: G01V9/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 趙妍

技術領域

本發明涉及一種天線自動探測輔助裝置，尤其涉及用于隧道超前地質探測的鉆孔雷達天線自動探測輔助裝置。

背景技術

鉆孔雷達方法是一種確定地下介質分布的廣譜電磁技術，將發射天線和接收天線都放置在同一鉆孔中且間距固定，根據接收端電磁波的雙程走時、振幅和波形資料，可以推測出地下巖土介質的結構特征。鉆孔雷達的解譯是在數據處理后所得的地質雷達圖像剖面中，根據反射波組的波形與強度特征，通過同相軸的追蹤，確定反射波組的地質特征。

超前地質鉆孔雷達被視為一種精細化超前預報方法，常用于隧道超前地質探測中，力圖在施工前掌握前方的巖石土體結構、性質、狀態，以及地下水、瓦斯等的賦存情況和地應力情況等地質信息，為進一步施工提供指導并避免發生地質災害，保證施工安全和順利的進行。

但在現有鉆孔雷達探測中，常使用拼接PVC桿或繩索的方式對鉆孔雷達天線進行遞送和回收，整個過程都需要人工進行操作，且人工記錄鉆孔雷達天線移動距離的方式存在較大誤差；由于鉆孔雷達可以探測的深度很大，因此通信電纜很長，再加上通信電纜較為粗重，所以在鉆孔雷達天線進行遞送和回收過程中，人工整理通信電纜的工作量極大。因此，現有鉆孔雷達探測方式人工操作復雜且移動距離記錄精度不高，迫切需要一套用于隧道超前地質探測的鉆孔雷達天線自動探測輔助裝置，用于自動遞送和回收鉆孔雷達天線，自動記錄鉆孔雷達天線移動距離，自動整理通信電纜。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題，提供用于隧道超前地質探測的鉆孔雷達天線自動探測輔助裝置，且具有以下優點：鉆孔雷達天線可以在鉆孔套管中自主移動而無需人工干預；線纜收送機可以自動遞送和回收通信線纜而無需人工干預。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

在鉆孔雷達天線頭尾兩端分別安裝定子，包括前端定子和后端定子，在所述定子上設有孔內自動行走裝置，可帶動鉆孔定向雷達天線在鉆孔內前后移動；所述孔內自動行走裝置通過線纜與雷達主機進行信號傳輸和移動控制。

所述定子上設有移動輪和驅動模塊，所述移動輪和驅動模塊共同構成孔內自動行走裝置；所述驅動模塊包括驅動電機和光電編碼器，所述驅動電機驅動移動輪轉動進而帶動鉆孔雷達天線實現孔內的自動行走功能，所述光電編碼器通過記錄驅動電機轉動的圈數得到鉆孔定向雷達天線在水平鉆孔中前后移動的距離。

所述定子的橫斷面為圓形，在其水平豎直方向的等四分相位處分別設有四個移動輪和與之相連的驅動模塊，所述移動輪的外側露出所述外殼。

在所述后端定子上設有姿態檢測模塊，所述姿態檢測模塊由加速度計、陀螺儀和羅盤組成，可分別獲得雷達天線在鉆孔中移動時的加速度、角速度和地磁夾角信息，進而得到鉆孔定向雷達天線在鉆孔內的姿態信息。

在所述前端定子上設有傳感器組，所述傳感器組包括攝像頭、探照燈和距離傳感器，用以獲取所述鉆孔定向雷達天線在鉆孔內的位置信息；所述定子的中心設有定子線纜過孔，可供線纜通過，所述后端定子尾部通過線纜與雷達主機連接。

所述線纜由雷達主機控制線纜收送機進行自動收送，鉆孔雷達主機可以對整個探測過程進行控制和查看。

所述線纜收送機內部設有繞線電機模塊、線纜收送機控制器和卷線盤，所述線纜繞在卷線盤上，繞線電機模塊帶動卷線盤轉動，線纜收送機控制器通過光電編碼器得到的天線移動距離控制卷線盤的轉速。

所述線纜收送機中設有線纜收送控制器和線纜受力傳感器，線纜收送機控制器通過光電編碼器傳輸的天線移動距離和線纜受力傳感器傳輸的線纜受力信息對繞線電機模塊的轉速進行控制。

所述線纜收送機控制器接收光電編碼器傳輸的天線移動距離的信息，確定繞線電機轉速收送線纜；此外，所述線纜受力傳感器將線纜受力信息反饋給線纜收送機控制器，線纜收送機控制器對繞線電機轉速進行負反饋控制，進一步調整所述繞線電機的轉速，使線纜始終保持一定的張緊度。

在線纜收送機和所述卷線盤之間設有防止卷線盤與雷達主機之間的線纜發生纏繞的高頻旋轉接頭。

本發明的有益效果為：

在所述后端定子上設有姿態檢測模塊，所述姿態檢測模塊由加速度計、陀螺儀和羅盤組成，可分別獲得雷達天線在鉆孔中移動時的加速度、角速度和地磁夾角信息，進而得到鉆孔定向雷達天線在鉆孔內的姿態信息，為得到地質異常體的精確方位提供計算依據。

所述轉子兩端通過高頻旋轉接頭與定子連接，可以防止轉子旋轉時，造成轉子與定子之間的線纜發生纏繞損壞。