CN110531425A - 一种用于隧道与地下工程的超前探水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地下勘测领域，尤其涉及一种用于隧道与地下工程的超前探水装置。本发明所设计的用于隧道与地下工程的超前探水装置，包括探水天线，所述探水天线包括左天线和右天线，它还包括天线支架、运动小车和工控机；所述天线支架包括中间连接杆，所述中间连接杆的一端连有左天线，所述中间连接杆的另一端连有右天线；所述中间连接杆的中部与云台机构的驱动端连接，所述云台机构的安装端与运动小车连接；所述运动小车上载有工控机，所述工控机与云台机构通过信号线连接。通过用于隧道与地下工程的超前探水装置能够实现全方位快速探水检测。

Description

一种用于隧道与地下工程的超前探水装置
技术领域
本发明涉及地下勘测领域，尤其涉及一种用于隧道与地下工程的超前探水装置。
背景技术
随着我国高速铁路、高速公路、海底隧道工程的建设，地质灾害一直都是威胁隧道与地下工程施工安全的主要灾害。在这些地质灾害中，地下水是影响施工进程和安全的最主要因素之一，如岩溶溶洞、暗河、岩溶陷落柱、岩溶淤泥带和富水断层破碎带等不良地质结构体，都会给隧道与地下工程的施工带来困难和危害。因此在隧道与地下工程施工中需要运用探水装置进行超前探水，确定隧道开挖工作面前方岩体及其状态，以保证工程施工顺利安全的进行。
目前隧道与地下工程的超前探水主要通过多人手持天线加手动操作完成。这种传统方法存在一些弊端，传统探水装置无法对掌子面前方岩体及其状态实现快速检测，工作效率低的问题；而且隧道与地下工程空间环境复杂不适合人工手持天线操作，而且人工操作受隧道恶劣环境影响较大、操作过程繁琐、测量精度不高；因此，如何实现全方位快速探水检测的是目前亟待解决的一个技术难题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种用于隧道与地下工程的超前探水装置，能够实现全方位快速探水检测。
为实现上述目的，本发明所设计的用于隧道与地下工程的超前探水装置，包括探水天线，所述探水天线包括左天线和右天线，它还包括天线支架、运动小车和工控机；所述天线支架包括中间连接杆，所述中间连接杆的一端连有左天线，所述中间连接杆的另一端连有右天线；所述中间连接杆的中部与云台机构的驱动端连接，所述云台机构的安装端与运动小车连接；所述运动小车上载有工控机，所述工控机与云台机构通过信号线连接。
作为优选方案，所述云台机构包括第三舵机和第四舵机，所述第四舵机的输出轴在水平面上的旋转，所述第三舵机的输出轴在竖直平面上旋转，所述第四舵机的输出轴与所述第三舵机连接，驱动所述第三舵机在水平面上旋转，所述第三舵机的输出轴与中间连接杆的中部连接，驱动所述中间连接杆在竖直平面上摆动。通过第三舵机和第四舵机组合构成一个二维的云台机构，满足探水天线在隧道掌子面不同工位角度的需求，具有结构简单，安装方便，稳定性强的优点。
作为优选方案，所述天线支架还包括第一舵机、第二舵机、左折叠臂和右折叠臂，所述中间连接杆的一端通过第一舵机与左折叠臂的一端连接，所述左折叠臂的另一端与左天线连接；所述中间连接杆的另一端通过第二舵机与所述右折叠臂的一端连接；所述右折叠臂的另一端与右天线连接；所述工控机与第一舵机、第二舵机通过信号线连接。通过第一舵机、第二舵机、左折叠臂和右折叠臂实现天线支架的折叠功能，减小装置的宽度，适应隧道与地下工程有限的空间。
作为优选方案，所述左折叠臂的另一端通过第一卡箍与左天线固定，所述右折叠臂的另一端通过第二卡箍与右天线固定。
作为优选方案，他还包括折叠支架，所述折叠支架包括下支撑杆、中间支撑杆、上支撑杆、第五舵机和第六舵机，所述下支撑杆的下端固定在运动小车上，所述下支撑杆的上端通过第五舵机与中间支撑杆的一端连接，所述中间支撑杆的另一端通过第六舵机与上支撑杆的一端连接，所述上支撑杆的另一端与云台机构的安装端连接；所述第五舵机和第六舵机通过信号线与工控机连接。通过折叠支架对装置进一步折叠，减小装置的高度，适应隧道与地下工程有限的空间。
本发明的优点在于：与现有手持探水天线相比，本发明的用于隧道与地下工程的超前探水装置，工控机控制云台机构自动调节天线的检测角度，实现对掌子面进行全方位快速探水。
附图说明
图1为本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置工作状态的结构示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置非工作状态 (折叠状态)的结构示意图；
图4为本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置初始状态 (展开状态)的结构示意图；
图5为本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置的工作流程图；
图中各部件标号如下：天线支架10、第二卡箍11、第一舵机12、第二舵机13、中间连接杆14、第二U形卡槽14.1、第三舵机15、第四舵机16、左折叠臂17、第一U形卡槽17.1、第一卡箍18、右折叠臂19；运动小车20；工控机30；折叠支架40、下支撑架41、中支撑架42、上支撑架43、第五舵机44、第六舵机45、探水天线50、左天线51、右天线52。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。
实施例
请参阅图1，本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置，包括运动小车20、工控机30、折叠支架40、天线支架10以及探水天线 50。
结合图2所示，天线支架10包括第一舵机12、第二舵机13、中间连接杆14、第三舵机15、第四舵机16、左折叠臂17、卡箍18、右折叠臂19；中间连接杆14的一端通过螺栓固定有第一舵机12，中间连接杆14的另一端通过螺栓固定有第二舵机13，左折叠臂17的一端具有第一U形卡槽17.1，左折叠臂17的另一端固定第一卡箍18，第一舵机12的输出轴设置在第一舵机12的侧面，且在竖直平面内旋转，第一U形卡槽17.1通过螺钉与第一舵机12的输出轴固定，在第一舵机12输出轴的驱动下带动左折叠臂17向下折叠或者向上展开；同样地，右折叠臂19的一端具有第二U形卡槽，右折叠臂19的另一端固定第二卡箍11，第二U形卡槽通过螺钉与第二舵机13的输出轴固定，在第二舵机13输出轴的驱动下带动右折叠臂19向下折叠或者向上展开。
探水天线50共有两根，分别为左天线51、右天线52，左天线51 通过第一卡箍18紧固在左折叠臂17上，右天线52通过第二卡箍11 紧固在右折叠臂19上。
中间连接杆14的中部具有第三U形卡槽14.1，第三舵机和第四舵机构成一个二维云台，二维云台与中间连接杆14中部的第三U形卡槽14.1连接实现中间连接杆14在水平面的旋转和在竖直平面的旋转，从而满足探水天线50在隧道掌子面不同工位角度的需求。二维云台的具体结构为，第四舵机16的输出轴设置在顶端，其在水平面上旋转运动，第三舵机15的输出轴设置在第三舵机15的侧面，其在竖直平面上旋转，第三舵机15固定在第四舵机16的输出轴上，通过第四舵机16实现第三舵机15在水平面上的旋转运动进而驱动中间连接杆14在水平面旋转，第三舵机15的输出轴通过螺钉与中间连接杆 14的第三U形卡槽14.1固定连接，通过第三舵机15可实现中间连接杆14在竖直平面上摆动，因此，通过工控机30给第三舵机15和第四舵机16发送指令实现探水天线50对不同工位角度的检测，实现全方位探水检测。
结合图3和图4所示，本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置工作完成后通过折叠支架40还可实现折叠功能以适应隧道的有限空间；折叠支架40包括下支撑杆41、中间支撑杆42和上支撑杆 43，下支撑杆41的下端通过螺钉与运动小车20的一侧固定，下支撑杆41的上端固定有第五舵机44，第五舵机44输出轴设置在第五舵机 44的侧面且在竖直平面内旋转，中间支撑杆42的下端具有第三U形卡槽，第三U形卡槽与第五舵机44的输出轴固定，中间支撑杆42的上端固定有第六舵机45，上支撑杆43的一端具有第四U形卡槽，第四U形卡槽与第六舵机45固定，上支撑杆43的另一端固定第四舵机16。运动小车20上载有工控机30，通过工控机30给第一舵机12、第二舵机13、第五舵机44、第六舵机45发送运动指令，各舵机带动相应杆进行折叠。
结合图5所示，本实施例用于隧道与地下工程的超前探水装置的使用过程为，工控机30通过其串口通信给第一舵机12、第二舵机13、第五舵机44、第六舵机45发送运动指令，用于隧道与地下工程的超前探水装置从图3所示的非工作状态转变成图4所示的初始工作状态，工控机通过串口先后给第三舵机15和第四舵机16发送开始工作运动指令和给探水天线50发送开始测量、收集数据的命令。每个工位都重复以上操作，直到所有工位数据采集完成，工控机30收到测量数据并通过无线网络发送到远程服务器进行数据分析处理，测量完成，工控机给第一舵机12、第二舵机13、第三舵机15、第四舵机16、第五舵机44、第六舵机45发送运动指令，将支架折叠到非工作状态，探水工作结束。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种用于隧道与地下工程的超前探水装置，包括探水天线(50)，所述探水天线(50)包括左天线(51)和右天线(52)，其特征在于，它还包括天线支架(10)、运动小车(20)和工控机(30)；所述天线支架(10)包括中间连接杆(14)，所述中间连接杆(14)的一端连有左天线(51)，所述中间连接杆(14)的另一端连有右天线(52)；所述中间连接杆(14)的中部与云台机构的驱动端连接，所述云台机构的安装端与运动小车(20)连接；所述运动小车(20)上载有工控机(30)，所述工控机(30)与云台机构通过信号线连接。
2.根据权利要求1所述的用于隧道与地下工程的超前探水装置，其特征在于，所述云台机构包括第三舵机(15)和第四舵机(16)，所述第四舵机(16)的输出轴在水平面上的旋转，所述第三舵机(15)的输出轴在竖直平面上旋转，所述第四舵机(16)的输出轴与所述第三舵机(15)连接，驱动所述第三舵机(15)在水平面上旋转，所述第三舵机(15)的输出轴与中间连接杆(14)的中部连接，驱动所述中间连接杆(14)在竖直平面上摆动。
3.根据权利要求1所述的用于隧道与地下工程的超前探水装置，其特征在于，所述天线支架(10)还包括第一舵机(12)、第二舵机(13)、左折叠臂(17)和右折叠臂(19)，所述中间连接杆(14)的一端通过第一舵机(12)与左折叠臂(17)的一端连接，所述左折叠臂(17)的另一端与左天线(51)连接；所述中间连接杆(14)的另一端通过第二舵机(13)与所述右折叠臂(19)的一端连接；所述右折叠臂(19)的另一端与右天线(52)连接；所述工控机(30)与第一舵机(12)、第二舵机(13)通过信号线连接。
4.根据权利要求3所述的用于隧道与地下工程的超前探水装置，其特征在于，所述左折叠臂(17)的另一端通过第一卡箍(18)与左天线(51)固定，所述右折叠臂(19)的另一端通过第二卡箍(11)与右天线(52)固定。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的用于隧道与地下工程的超前探水装置，其特征在于，他还包括折叠支架(40)，所述折叠支架(40)包括下支撑杆(41)、中间支撑杆(42)、上支撑杆(43)、第五舵机(44)和第六舵机(45)，所述下支撑杆(41)的下端固定在运动小车(20)上，所述下支撑杆(41)的上端通过第五舵机(44)与中间支撑杆(42)的一端连接，所述中间支撑杆(42)的另一端通过第六舵机(45)与上支撑杆(43)的一端连接，所述上支撑杆(43)的另一端与云台机构的安装端连接；所述第五舵机(44)和第六舵机(45)通过信号线与工控机(30)连接。
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