CN112383315A - 一种高应力隧道施工突水安全防御*** - Google Patents

一种高应力隧道施工突水安全防御*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高应力隧道施工突水安全防御***，包括调制接收模块、比较调频模块，调制接收模块接收数据采集器输出的调制模拟信号，调制接收模块输出信号至信号发射器内，运用电感L2和电容C5、电容C8组成LC串联振荡电路对信号频率放大运用第二路副信号控制三极管Q1集电极电位，达到控制三极管Q1导通、截止电位强度，也即是起到调节信号振荡程度的作用，LC串联振荡电路输出信号经相对低容值电容C10滤除低频早搏、高容值电容C9通过一定频率的信号，运用运放器AR3比较第二路副信号和电容C7输出的分流信号，起到稳定信号电压的作用，信号发射器发送信号至高应力隧道施工突水安全防御***终端。

Description

一种高应力隧道施工突水安全防御***
技术领域
本发明涉及隧道施工***技术领域，特别是涉及一种高应力隧道施工突水安全防御***。
背景技术
高地应力区域的隧道施工，易发生塌方和岩爆等变形破裂现象，在预防塌方和岩爆的同时，更要对隧道施工时发生的突水作出良好的安全防御，保证施工人员的安全以及隧道项目的如期完成，然而高地应力区域的隧道施工场所，本身信号传输衰减比较严重，造成信号丢失，因此高应力隧道施工突水安全防御***最主要的问题需要解决信号传输问题，克服高地应力区域的隧道施工环境对信号的影响，提高高应力隧道施工突水安全防御***的可靠性。
发明内容
针对上述情况，本发明提供一种高应力隧道施工突水安全防御***，能够数据采集器输出的调制模拟信号自动调节信号频率，同时稳定信号，降低高地应力区域的隧道施工环境对信号的衰减影响。
其解决的技术方案是，包括***终端、数据采集器、信号发射器和信号调节模块，数据采集器采集高应力隧道施工施工过程中环境信息，并将原始数据信息调制为模拟信号，作为调制模拟信号输入信号调节模块内，信号调节模块包括调制接收模块、比较调频模块，调制接收模块接收数据采集器输出的调制模拟信号，调制接收模块输出信号至信号发射器内，信号发射器发送信号至高应力隧道施工突水安全防御***终端；
所述比较调频模块包括可变电阻RW1，可变电阻RW1的上端接调制接收模块输出端口，可变电阻RW1的触点2接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4、电容C4的一端，电阻R4的另一端接电感L1、电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端接电容C4的另一端和电容C6-电容C7的一端以及三极管Q1的基极、电阻R5的一端，电容C7的另一端接电阻R6的一端和二极管D3的正极，电阻R5、电阻R6、电容C6的另一端接地，三极管Q1的发射极接电容C5的另一端接电容C8的一端，电容C8的另一端接电感L2、电阻R7的一端，电感L2的另一端接地，电阻R7的另一端接电阻R8、电容C9、电容C10的一端，电阻R8、电容C10的另一端接地，电容C9的另一端接电感L3的一端，电感L3的另一端接运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端接电阻R9、电阻R10的一端和运放器AR3的输出端，电阻R9的另一端接地，运放器AR3的同相输入端接二极管D3的负极，运放器AR4的输出端接二极管D5的正极、二极管D6的负极和电阻R10的另一端，二极管D5的负极接二极管D6的正极和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接信号发射器输入端口；
可变电阻RW1的下端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接二极管D1的正极和运放器AR1的同相输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，运放器AR1的输出端接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D2的负极接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+3.3V，运放器AR2的输出端接电阻R15、电阻R16的一端和二极管D4的正极，电阻R16的另一端接三极管Q1的集电极，电阻R15的另一端接电源+5V，二极管D4的负极接运放器AR3的反相输入端。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1. 运用电感L2和电容C5、电容C8组成LC串联振荡电路对信号频率放大运用第二路副信号控制三极管Q1集电极电位，达到控制三极管Q1导通、截止电位强度，也即是起到调节信号振荡程度的作用，实现自动调节信号频率的效果；
2.运用运放器AR1和二极管D1、二极管D2组成峰值电路筛选出峰值信号输入运放器AR2同相输入端内，将信号变为直流信号直接作为控制信号，先经运放器AR2比较信号，利用运放器AR2逻辑触发作用，起到逻辑判断作用，进而运放器AR2输出信号控制三极管Q1集电极电位， LC串联振荡电路输出信号经相对低容值电容C10滤除低频早搏、高容值电容C9通过一定频率的信号，进一步选出纯净的频率信号，同时为了稳定信号振幅，运用运放器AR3比较第二路副信号和电容C7输出的分流信号，通过比较信号作为判断振幅异常的依据，当运放器AR3反相输入端过大时，运放器AR3输出负信号，补偿运放器AR4输出信号，反之，运放器AR3输出正信号，降低运放器AR4输出信号，起到稳定信号电压的作用，提高了本电路的可靠性。
附图说明
图1为本发明的信号调节模块电路图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
实施例一，一种高应力隧道施工突水安全防御***，包括***终端、数据采集器、信号发射器和信号调节模块，数据采集器采集高应力隧道施工施工过程中环境信息，并将原始数据信息调制为模拟信号，作为调制模拟信号输入信号调节模块内，信号调节模块包括调制接收模块、比较调频模块，调制接收模块接收数据采集器输出的调制模拟信号，调制接收模块输出信号至信号发射器内，信号发射器发送信号至高应力隧道施工突水安全防御***终端；
为了降低高地应力区域的隧道施工环境对信号的衰减影响，考虑到信号衰减的主要因数为频率问题，因此需要根据信号本身振幅匹配相应的频率，而数据调制模拟信号不是固定的，单一的频率信号传输很容易造成高地应力区域的隧道施工环境对信号的衰减，因此调制接收模块先运用电阻R2和电容C1、电容C2组成π型滤波电路滤除调制模拟信号信号杂波，获得纯净的信号输入比较调频模块；
为了实现根据信号本身振幅自动匹配相应的频率，因此比较调频模块先运用可变电阻RW1将信号分压，以可变电阻RW1阻值比20:1将信号分压为两路，第一路为主信号，第二路为副信号，为了不影响主信号，因此以主信号20：副信号1，避免影响信号质量；
第一路主信号经电感L1和电容C3、电容C4组成降噪电路提高信噪比，电容C4为滤波电容，使其噪声信号经电容C3泄放至地端，同时电感L1为低感抗，起到平滑信号的作用，避免调频时噪声使信号出现尖峰信号，
运用电感L2和电容C5、电容C8组成LC串联振荡电路对信号频率放大，降噪电路输出一定频率信号与电感L1和电容C6产生谐振，从而发生振荡，放大频率，由于谐振需要消耗能量，因此利用大电容C5充放电原理，当电容C5充电过程中，此时三极管Q1导通，第二路输出信号为回路补充能量，也即是为电容C8一直充电补充能量，此时电感L2和电容C8无谐振，也即是第二路信号控制着谐振发生程度，可以调节信号频率放大的大小，当电容C5放电过程中，三极管Q1逐渐不导通，此时电感L1和电容C8产生谐振，发生振荡，一直到电容C8放电完成，三极管Q1再次不导通，如此循环，从而不断发生振荡，由于信号中的直流分量会破坏振荡，因此选用小电容C7和电阻R5过滤信号中的直流分量，同时选用电容C6进一步滤波，运用第二路副信号控制三极管Q1集电极电位，达到控制三极管Q1导通、截止电位强度，也即是起到调节信号振荡程度的作用；
第二路信号先运用运放器AR1和二极管D1、二极管D2组成峰值电路筛选出峰值信号输入运放器AR2同相输入端内，将信号变为直流信号直接作为控制信号，先经运放器AR2比较信号，利用运放器AR2逻辑触发作用，以电源+3.3V经电阻R14分压后的信号为阈值信号，起到逻辑判断作用，进而运放器AR2输出信号控制三极管Q1集电极电位，同时由于运放器AR2输出信号电位较小，因此运用电源+5V经电阻R15抬高运放器AR2输出信号电位4V，然后经电阻R16控制三极管Q1集电极，同时经二极管D4输入运放器AR3反相输入端内；
LC串联振荡电路输出信号经相对低容值电容C10滤除低频早搏、高容值电容C9通过一定频率的信号，进一步选出纯净的频率信号，然后运用电感L3平滑作用输入运放器AR4同相输入端，运放器AR4同相放大信号，保证信号强度，同时为了稳定信号振幅，运用运放器AR3比较第二路副信号和电容C7输出的分流信号，通过比较信号作为判断振幅异常的依据，当运放器AR3反相输入端过大时，运放器AR3输出负信号，补偿运放器AR4输出信号，反之，运放器AR3输出正信号，降低运放器AR4输出信号，起到稳定信号电压的作用，提高了本电路的可靠性，最后经二极管D5、二极管D6组成限幅电路，利用二极管本身0.7V的阈值电压，降低信号通过电压，起到保护的作用，经电阻R11分压后输入信号发射器内，通过调节后频率的信号和振幅可以稳定的传输信号至至高应力隧道施工突水安全防御***终端。
所述比较调频模块具体结构，可变电阻RW1的上端接调制接收模块输出端口，可变电阻RW1的触点2接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4、电容C4的一端，电阻R4的另一端接电感L1、电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端接电容C4的另一端和电容C6-电容C7的一端以及三极管Q1的基极、电阻R5的一端，电容C7的另一端接电阻R6的一端和二极管D3的正极，电阻R5、电阻R6、电容C6的另一端接地，三极管Q1的发射极接电容C5的另一端接电容C8的一端，电容C8的另一端接电感L2、电阻R7的一端，电感L2的另一端接地，电阻R7的另一端接电阻R8、电容C9、电容C10的一端，电阻R8、电容C10的另一端接地，电容C9的另一端接电感L3的一端，电感L3的另一端接运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端接电阻R9、电阻R10的一端和运放器AR3的输出端，电阻R9的另一端接地，运放器AR3的同相输入端接二极管D3的负极，运放器AR4的输出端接二极管D5的正极、二极管D6的负极和电阻R10的另一端，二极管D5的负极接二极管D6的正极和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接信号发射器输入端口；
可变电阻RW1的下端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接二极管D1的正极和运放器AR1的同相输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，运放器AR1的输出端接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D2的负极接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+3.3V，运放器AR2的输出端接电阻R15、电阻R16的一端和二极管D4的正极，电阻R16的另一端接三极管Q1的集电极，电阻R15的另一端接电源+5V，二极管D4的负极接运放器AR3的反相输入端；
所述调制接收模块包括电阻R1，电阻R1的一端接数据采集器调制模拟信号输出端口，电阻R1的另一端接电阻R2、电容C1的一端，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端接电容C2的一端和可变电阻RW1的滑动端，电容C2的另一端接地。
本发明具体使用时，为了实现根据信号本身振幅自动匹配相应的频率，因此比较调频模块先运用可变电阻RW1将信号分压，以可变电阻RW1阻值比20:1将信号分压为两路，第一路为主信号，第二路为副信号，为了不影响主信号，因此以主信号20：副信号1，避免影响信号质量；第一路主信号经电感L1和电容C3、电容C4组成降噪电路提高信噪比，电容C4为滤波电容，使其噪声信号经电容C3泄放至地端，同时电感L1为低感抗，起到平滑信号的作用，避免调频时噪声使信号出现尖峰信号，运用电感L2和电容C5、电容C8组成LC串联振荡电路对信号频率放大，降噪电路输出一定频率信号与电感L1和电容C6产生谐振，从而发生振荡，放大频率，由于谐振需要消耗能量，因此利用大电容C5充放电原理，当电容C5充电过程中，此时三极管Q1导通，第二路输出信号为回路补充能量，也即是为电容C8一直充电补充能量，此时电感L2和电容C8无谐振，也即是第二路信号控制着谐振发生程度，可以调节信号频率放大的大小，当电容C5放电过程中，三极管Q1逐渐不导通，此时电感L1和电容C8产生谐振，发生振荡，一直到电容C8放电完成，三极管Q1再次不导通，如此循环，从而不断发生振荡，由于信号中的直流分量会破坏振荡，因此选用小电容C7和电阻R5过滤信号中的直流分量，同时选用电容C6进一步滤波，运用第二路副信号控制三极管Q1集电极电位，达到控制三极管Q1导通、截止电位强度，也即是起到调节信号振荡程度的作用；
第二路信号先运用运放器AR1和二极管D1、二极管D2组成峰值电路筛选出峰值信号输入运放器AR2同相输入端内，将信号变为直流信号直接作为控制信号，先经运放器AR2比较信号，利用运放器AR2逻辑触发作用，以电源+3.3V经电阻R14分压后的信号为阈值信号，起到逻辑判断作用，进而运放器AR2输出信号控制三极管Q1集电极电位，同时由于运放器AR2输出信号电位较小，因此运用电源+5V经电阻R15抬高运放器AR2输出信号电位4V，然后经电阻R16控制三极管Q1集电极，同时经二极管D4输入运放器AR3反相输入端内；LC串联振荡电路输出信号经相对低容值电容C10滤除低频早搏、高容值电容C9通过一定频率的信号，进一步选出纯净的频率信号，然后运用电感L3平滑作用输入运放器AR4同相输入端，运放器AR4同相放大信号，保证信号强度，同时为了稳定信号振幅，运用运放器AR3比较第二路副信号和电容C7输出的分流信号，通过比较信号作为判断振幅异常的依据，当运放器AR3反相输入端过大时，运放器AR3输出负信号，补偿运放器AR4输出信号，反之，运放器AR3输出正信号，降低运放器AR4输出信号，起到稳定信号电压的作用，提高了本电路的可靠性，最后经二极管D5、二极管D6组成限幅电路，利用二极管本身0.7V的阈值电压，降低信号通过电压，起到保护的作用，经电阻R11分压后输入信号发射器内，通过调节后频率的信号和振幅可以稳定的传输信号至至高应力隧道施工突水安全防御***终端。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高应力隧道施工突水安全防御***，包括***终端、数据采集器、信号发射器和信号调节模块，数据采集器采集高应力隧道施工施工过程中环境信息，并将原始数据信息调制为模拟信号，作为调制模拟信号输入信号调节模块内，其特征在于，信号调节模块包括调制接收模块、比较调频模块，调制接收模块接收数据采集器输出的调制模拟信号，调制接收模块输出信号至信号发射器内，信号发射器发送信号至高应力隧道施工突水安全防御***终端；
所述比较调频模块包括可变电阻RW1，可变电阻RW1的上端接调制接收模块输出端口，可变电阻RW1的触点2接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接电阻R4、电容C4的一端，电阻R4的另一端接电感L1、电容C3的一端，电容C3的另一端接地，电感L1的另一端接电容C4的另一端和电容C6-电容C7的一端以及三极管Q1的基极、电阻R5的一端，电容C7的另一端接电阻R6的一端和二极管D3的正极，电阻R5、电阻R6、电容C6的另一端接地，三极管Q1的发射极接电容C5的另一端接电容C8的一端，电容C8的另一端接电感L2、电阻R7的一端，电感L2的另一端接地，电阻R7的另一端接电阻R8、电容C9、电容C10的一端，电阻R8、电容C10的另一端接地，电容C9的另一端接电感L3的一端，电感L3的另一端接运放器AR4的同相输入端，运放器AR4的反相输入端接电阻R9、电阻R10的一端和运放器AR3的输出端，电阻R9的另一端接地，运放器AR3的同相输入端接二极管D3的负极，运放器AR4的输出端接二极管D5的正极、二极管D6的负极和电阻R10的另一端，二极管D5的负极接二极管D6的正极和电阻R11的一端，电阻R11的另一端接信号发射器输入端口；
可变电阻RW1的下端接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接二极管D1的正极和运放器AR1的同相输入端，运放器AR1的反相输入端接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接地，运放器AR1的输出端接二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D2的负极接运放器AR2的同相输入端，运放器AR2的反相输入端接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+3.3V，运放器AR2的输出端接电阻R15、电阻R16的一端和二极管D4的正极，电阻R16的另一端接三极管Q1的集电极，电阻R15的另一端接电源+5V，二极管D4的负极接运放器AR3的反相输入端。
2.如权利要求1所述一种高应力隧道施工突水安全防御***，其特征在于，所述调制接收模块包括电阻R1，电阻R1的一端接数据采集器调制模拟信号输出端口，电阻R1的另一端接电阻R2、电容C1的一端，电容C1的另一端接地，电阻R2的另一端接电容C2的一端和可变电阻RW1的滑动端，电容C2的另一端接地。
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