[實用新型]一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統

有效

• 申請號: 201821406956.1
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN208654343U
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 郝純宗;李尊武;葉英;劉玉卿;張曉龍;薛斌;王修彬;葉子健
• 申請（專利權）人: 中交第一公路工程局有限公司
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12;G01V3/08;G01S13/88
• 代理公司: 北京智沃律師事務所 11620
• 代理人: 杜欣

本實用新型公開了一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統，包括接收系統、與接收系統的信號輸出端連接的計算機以及發射系統；所述接收系統包括接收天線、傳感器及A/D轉換器，接收天線通過傳感器連接至放大器，放大器與A/D轉換器通過濾波器連接，A/D轉換器通過FPGA及ARM處理器與計算機連接，發射系統包括波形發射器、驅動器、輸出保護電路、輸出級、發射天線以及電源。本實用新型具有良好的探測精度，可用于多向探測掌子面前方地質含水構造，通過采用正反向波采集疊加實現快速移動掃描式探測，可實現地表至較大深度內地質體的快捷、便利及無損探測，有利于施工期間水災害監測，具有廣闊的市場前景。

技術領域

本實用新型涉及超前地質預報技術領域，具體是一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統。

背景技術

目前國內外常用的超前地質預報依據原理可分為地質分析預測法和地球物理物探法。地質分析預測法主要有超前導洞法和超前鉆孔法；地球物理物探法依據儀器工作原理又可分為：以反射波變化為測量原理的微振波反射法(TSP)和電磁波反射法(GPR)；以電阻率變化為測量原理的直流電法(DEM)、高密度電阻率法和瞬變電磁法(TEM)。地質雷達由于使用頻率較高，電磁波的能量在地層中衰減很大，探測深度很淺，而瞬變電磁探測主要是定點測量，探測效率較低，不適合進行大規模的探測。

隧道是埋置于地層內的工程建筑物，是人類利用地下空間的一種形式，為了預防隧道突水災害的發生，通常使用超前地質預報技術進行探測隧道掌子面前方地質地層含水情況。但是，傳統的隧道掌子面探水設備往往只能單一方向探測掌子面前方地質地層含水情況，導致探測精度不高，同時無法快速判別掌子面前方巖土體電阻率的異常，不利于施工期間有效進行水災害監測。因此，需要設計一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統。

實用新型內容

本實用新型的目的在于提供一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統，以解決上述背景技術中提出的問題，通過結合地質雷達和瞬變電磁儀兩者優點，將地質法、物探法和鉆探法相結合，采用正反向方波采集疊加實現快速移動掃描式探測，同時彌補地質雷達探測深度有線及干擾嚴重等問題，可實現地表至較大深度內地質體的快捷、便利及無損探測，有利于施工期間水災害監測。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種隧道掌子面瞬變電磁雷達探水系統，包括接收系統、與接收系統的信號輸出端連接的計算機以及發射系統；所述接收系統包括電磁感應裝置的接收天線、傳感器及A/D轉換器；所述接收天線通過信號電纜與接收系統連接；所述接收天線通過傳感器連接至放大器；所述放大器與A/D轉換器通過濾波器連接；所述A/D轉換器通過現場可編程門陣列FPGA 及ARM處理器與計算機連接；所述發射系統包括波形發射器、驅動器、輸出保護電路、輸出級、電磁感應裝置的發射天線以及用于對波形發射器、驅動器和輸出級供電的電源；所述波形發射器的輸出與驅動器的輸入相連；所述驅動器的輸出通過輸出保護電路連接至輸出級，通過輸出保護電路保護驅動器與輸出級的電流穩定，有利于提高探測精確度；所述電源分別與波形發射器、驅動器和輸出級連接；所述發射天線通過信號電纜與發射系統連接；所述波形發射器用于連續發射脈沖式低頻電磁信號；所述傳感器用于將電磁感應裝置的磁信號轉變為電信號；所述放大器用于將傳感器轉變的電信號進行放大；所述濾波器用于將放大器放大的電信號進行過濾掉高頻干擾信號并形成模擬信號傳輸至A/D轉換器；所述A/D轉換器用于將模擬信號轉化成數字信號；所述FPGA用于將數字信號進行數據采集并存儲；所述ARM處理器用于將FPGA采集的數據傳輸到計算機；

所述數據采集選用FPGA，是充分考慮了FPGA的并行性和實時性，在FPGA中可用硬件描述語言構建多個完全并行的ADC控制器，從而并行同步控制各通道ADC進行數據采集，這是ARM所不能實現的。

作為本實用新型進一步的方案：所述輸出級依次通過同步隔離電路、同步信號電路與現場可編程門陣列FPGA連接；所述同步信號電路與現場可編程門陣列FPGA通過同步電纜連接；所述發射天線與接收天線的組合排列形式對應為重疊回線布置。