[發明專利]一種便攜式隧道地震波超前探測系統及方法

有效

• 申請號: 201810489231.1
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108761524B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 劉斌;李術才;李堯;許新驥;陳磊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18;G01V1/20;G01V1/22
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

1.一種便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：包括工控機、主控單元、接收單元、震源、發射單元和三分量檢波器，其中：

所述三分量檢波器安裝于隧道邊墻上，獲取x、y與z三個方向上的地震波波形，且一個三分量檢波器與一個發射單元通過有線方式對應連接；所述主控單元與每個發射單元之間通過無線方式進行數據傳輸；所述主控單元與工控機之間進行連接；所述主控單元通過有線方式連接震源；

所述發射單元與接收單元一一對應，不同的發射單元與其對應的接收單元組對分別工作在不同頻段，各個接收單元之間形成級聯，接收單元將自身接收到的數據和來自前一級的數據依次傳輸至后一級，直到傳輸至主控單元；

通過發射單元與接收單元的級聯擴展，實現所述三分量檢波器數量的擴展；

所述探測系統被配置為處于觸發采集模式或連續采集模式，觸發采集模式時震源敲擊隧道圍巖產生觸發信號，并將觸發信號送往主控單元，主控單元下達觸發采集的指令，并通過接收單元送往發射單元啟動采集功能；連續采集模式時工控機向主控單元發送連續采集指令，主控單元通過接收單元控制發射單元啟動采集功能。

2.如權利要求1所述的便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：發射單元包括無線模塊、第一控制器、FIFO緩存器、SRAM存儲器、高精度時鐘、AD轉換器、信號調理電路、電源管理模塊和充電電池，發射單元通過充電電池進行供電，電源管理模塊對充電電池進行充放電管理；無線模塊接收來自接收單元的控制信號并送往第一控制器，第一控制器通過無線模塊向接收單元發送應答信號和狀態信息；當發射單元收到來自接收單元的同步命令后立即重啟高精度時鐘；三分量檢波器采集隧道邊墻上x、y和z三個方向上的地震波波形，每個方向上的波形分別經過信號調理電路和AD轉換器后被處理成數字信號，隨后送入FIFO緩存器進行數據緩存；第一控制器從FIFO緩存器中取數據，執行壓縮算法將壓縮后的數據存入SRAM存儲器中，第一控制器從SRAM存儲器中將壓縮后數據讀出并通過無線模塊發送至接收單元。

3.如權利要求1所述的一種便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：

所述接收單元的后級數據接口、后級控制接口與后級電源接口分別與后一級接收單元的前級數據接口、前級控制接口與前級電源接口相連；最后一級接收單元的后級數據接口、后級控制接口和后級電源接口分別與主控單元的數據接口、控制接口和電源接口相連。

4.如權利要求1所述的一種便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：所述主控單元包括DMA控制器、高精度時鐘、觸發信號檢測模塊、第二控制器、電源模塊和USB模塊，DMA控制器將接收到的數據送往第二控制器，第二控制器將接收到的壓縮數據解壓縮后，通過USB模塊經由USB數據線送往工控機；工控機與第二控制器之間通過USB模塊進行控制命令、應答信號和狀態信息的交互；工控機通過電源模塊向主控單元供電；高精度時鐘可為第二控制器提供高精度的時鐘源信號；當工作在觸發采集模式時，震源敲擊隧道圍巖后產生一個觸發信號，當觸發信號檢測模塊檢測到觸發信號后，通知第二控制器產生觸發采集的控制命令。

5.如權利要求1所述的一種便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：所述工控機將對應的控制命令發送給主控單元，主控單元解析命令后并將命令依次發送給多個發射單元，發射單元解析命令后向主控單元返回應答信號，主控單元將接收到的多個應答信號返回給工控機的狀態顯示界面中；

或所述工控機對每個發射單元進行獨立控制。

6.如權利要求1所述的一種便攜式隧道三維地震波超前探測系統，其特征是：

所述發射單元具有唯一ID，每個ID發射單元與連接的三分量檢波器的位置一一對應，即同一個ID發射單元放置位置不變而連接不同檢測位置的檢波器時重新定義數據處理的排序，同時拒絕接入非法的ID的發射單元。