隧道地震波探测自持力智能可控激震装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种隧道地震波探测自持力智能可控激震装置，它包括超磁致伸缩换能器、自动换点滑台，超磁致伸缩换能器活动安装在自动换点滑台上，自动换点装置分别安装在超磁致伸缩换能器和自动换点滑台的导轨上；自动换点滑台还与固定缓冲装置连接，使整个自动换点滑台紧压在隧道掌子面上；超磁致伸缩换能器与驱动电源连接；驱动电源、自动换点装置以及固定缓冲装置由总体控制装置控制。它利用优化变幅杆形状提高了地震波的能量密度，便于移动和固定，缓冲了换能器非工作端的振动，使激振更稳定，实现了测量的智能化控制。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种隧道施工中，用于地震反射法地质提前预报的人工震源设备，具体地说是一种在隧道施工中，可以在掌子面上移动，产生可控频率地震波的基于超磁致伸缩材料的隧道地震波探测自持力智能可控激震装置。
技术介绍
在隧道施工中，我国已是世界上隧道建设规模与难度最大的国家。由于山高洞长，在隧道施工前期难以全部查清沿线不良地质情况，导致在隧道施工过程中经常发生突水、突泥、塌方等重大地质灾害，造成了重大的人员生命财产损失，严重影响了隧道工程建设安全。为了减少和避免隧道施工期间地质灾害的发生，在隧道施工过程中实施超前地质预报具有重要意义。所谓超前地质预报，就是采用勘探地球物理的技术探测隧道掘进面前方的地质情况，对断层、溶洞、暗河等地质缺陷进行识别和定位，提前探明地质灾害的危险源，为灾害的预防和处置提供指导和参考。目前，国内外主要的隧道施工期不良地质超前预报的地球物理技术主要包括地震反射法(探测距离约120m)、电磁法(探测距离约40-70m)、直流电法(探测距离约40m)、红外线法(探测距离约20m)等。其中地震反射法具有探测距离大、分辨率高的突出优势，对于远距离提前定量识别并定位不良地质体具有重要作用，是最常用的隧道超前地质预报地球物理方法之一。目前隧道地震法超前预报方法主要有TSP法、TRT法、TGP法等(杨果林，杨立伟.隧道施工地质超前预报方法与探测技术研究.地下空间与工程学报，2006，(04):627-630+645)，这些方法在实际数据采集中均采用雷管触发炸药爆炸的方式来实现地震波的激发，这种震源激发方法无法实现震源可控，震源能量、频率等主控指标离散性大，且炸药激发极为不安全，很多隧道工程(尤其在城市隧道中)禁止使用这种激发方法，给隧道地震法的发展与推广带来很大困难。针对该问题，研究一种“非爆式”的震源激发装置与方法具有重要意义。吉林大学林君等(梁铁成，林君，陈祖斌.电磁驱动可控震源在隧道探测中的应用.吉林大学学报(地球科学版)，2005，(SI):87-89)将一种电磁驱动式轻便高频可控震源应用于隧道探测，取得了不错的效果，但这种震源的振动是利用磁场中载流导体所受电磁力的交变产生的，在载流导体与超磁致伸缩棒体积相同的情况下，输出功率比超磁致伸缩换能器小很多，所以探测距离比较小。钟世航(一种由2 8个超磁致伸缩震子并联的激震器，CN102495423A)研制了一种用于极小偏移距地震波超前预报方法的手持式的震源激震装置，采用了三个磁致伸缩棒并联的方式实现激震，在实际探测中起到较好的效果。但这种手持式的超磁致伸缩震源装置在激发时由于依靠人体提供反力，后坐力较大，激发效果对人体的稳定性的依赖程度较高，容易导致震源激发不稳定，另夕卜，三个磁致伸缩棒并联的方法在伸缩长度及输出力的协调性控制方面存在较大难度。可见，在隧道地震波法超前地质预报的“非爆式”震源激发技术方面已经出现了一些应用技术，但存在着一些问题，需要设计新型激震装置来弥补不足。在新型激震装置研制中需要解决的主要问题如下:①需要设计一种“电磁一动力”转化效能更高的激震装置，对激震装置中的致动结构、变幅结构、激励装置等进行优化设计，从而减少漏磁，增加磁场均匀性，提高地震波的能量密度由于激震点往往在隧道掘进面或者边墙上，激震方向垂直于掘进面或者边墙，没有提供反力的结构，需要设计一种可靠稳定的反力结构在实际探测中激震点多达几十个，采用人工移动换点的方式，效率较低，需要设计一种自动换点、自动激震的装置。
技术实现思路
针对上述问题，本技术设计了一种隧道地震波探测自持力智能可控激震装置，它利用优化变幅杆形状提高了地震波的能量密度；利用丝杠螺母机构和燕尾形滑动导轨对换能器进行移动和固定；利用一个调压缓冲的液压回路固定导轨，缓冲了换能器非工作端的振动，使激振更稳定；利用计算机和开关量控制卡来控制换能器的移动和定位、导轨固定卸载以及激振启停，实现了测量的智能化控制。为了实现上述目的，本技术采取下述技术方案:—种隧道地震波探测自持力智能可控激震装置，它包括超磁致伸缩换能器、自动换点滑台，超磁致伸缩换能器活动安装在自动换点滑台上，自动换点装置(包括步进电机、丝杠螺母机构)则分别安装在超磁致伸缩换能器和自动换点滑台的导轨上；自动换点滑台还与固定缓冲装置连接，使整个自动换点滑台紧压在隧道掌子面上；超磁致伸缩换能器与驱动电源连接；驱动电源、自动换点装置以及固定缓冲装置由总体控制装置控制。所述超磁致伸缩换能器包括壳体，壳体与线圈骨架一端固连，壳体通过碟簧与传振端盖连接；在壳体两侧分别设有与自动换点滑台的导轨相配合的滑块，壳体还与自动换点装置的螺母连接；在壳体与传振端盖之间设有被线圈骨架包围的配重块、GMM伸缩棒，在线圈骨架内则设有交流线圈；壳体顶部设有预紧螺栓，它与碟簧对GMM伸缩棒产生一个预紧力；壳体上设有线圈孔，驱动电源中的交流电源通过线圈孔与交流线圈连接，交流电场使交流线圈产生交变磁场，GMM伸缩棒在交变磁场作用下产生振动，并将振动传给传振端盖；传振端盖通过连接段与变幅杆连接，变幅杆将振动的振幅增大，并将声波传输到待检测面。所述的变幅杆通过底端的连接段与传振端盖进行螺纹连接，变幅杆的大端面与传振端盖之间涂一层耦合剂；变幅杆使用母线为三次样条曲线的回转体。所述自动换点滑台包括带有开槽的座体，在座体上设有导轨，导轨为燕尾形滑动导轨，超磁致伸缩换能器安装在燕尾形滑动导轨上；同时在开槽内设有自动换点装置的丝杠；座体两侧设有法兰与压紧液压缸连接，座体下端也设有法兰与支撑液压缸连接。所述自动换点装置包括一个步进电机，步进电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠与螺母配合构成丝杠螺母机构，步进电机通过丝杠、螺母带动超磁致伸缩换能器沿着燕尾形滑动导轨移动；步进电机与总体控制装置连接。所述固定缓冲装置包括四个液压缸，分别为两个压紧液压缸与两个支撑液压缸，它们的活塞杆与自动换点滑台正面和侧面的法兰连接；液压缸通过油路与电磁换向阀和蓄能器连接，电磁换向阀与单向阀、液压泵链接，液压泵还与溢流阀连接；电磁换向阀、液压泵均与总体控制装置连接。所述的驱动电源采用基于DSP器件的数字逆变电源，提供100 2000Hz的交变电流且频率可调，并且最大功率达到50kW，产生频率是IOOHz 2000Hz的交变电流，地震波功率达到6 25kW ;驱动电路中还包含基于最大电流原理的反馈电路，用于追踪换能器的固有频率，并调节工作频率使换能器工作在谐振状态；驱动电源与总体控制装置连接。所述综合控制装置包括计算机和开关量控制卡，计算机连接开关量控制卡，开关量控制卡与驱动电源、自动换点滑台以及固定缓冲装置连接。计算机通过控制开关量控制卡来控制电磁阀的得电与失电，从而控制导轨的固定与卸载；计算机通过控制开关量控制卡来控制步进电机的转动，从而控制换能器的移动和定位；计算机通过控制开关量控制卡控制驱动电源的开关来控制激振的启停。本技术的有益效果是:1>设计的传振端盖既起到密封作用，又起到传递振动的作用，简化了换能器的结构；传振端盖连接一个变幅杆，变幅杆能将GMM伸缩棒的振幅进行放大，从而增加能量密度，提高信噪比，更适合地质探测的要求；变幅杆的母线形状设计为三次样条曲线，能够使变幅杆具有较大的放大系数和形状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隧道地震波探测自持力智能可控激震装置，其特征是，它包括超磁致伸缩换能器、自动换点滑台，超磁致伸缩换能器活动安装在自动换点滑台上，自动换点装置则分别安装在超磁致伸缩换能器和自动换点滑台的导轨上；自动换点滑台还与固定缓冲装置连接，使整个自动换点滑台紧压在隧道掌子面上；超磁致伸缩换能器与驱动电源连接；驱动电源、自动换点装置以及固定缓冲装置由总体控制装置控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，翟鹏，刘斌，聂利超，曲孟孟，宋杰，翟少鹏，薛翊国，周游，刘征宇，孙怀凤，林春金，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：