CN104635238B - 用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，包括本体和激光探测杆。所述激光探测杆可全方位旋转，其一端装有激光探测头；所述本体内部装有角度测量系统、激光测距系统和USB接口，角度测量系统与探测杆通过凹槽相连，可直接读出倾角，激光测距系统通过控制电路能够计算出任意两点之间的距离，这些数据可以通过USB接口进行数据传输。本装置集测量炮孔倾角、测量炮孔深度、测量炮孔距地面距离、测量炮孔距掌子面距离以及数据传输于一体，同时本发明还公开了所述装置的使用方法。本发明装置结构简单，易于操作，能够大大缩短超前地质预报的探测时间，提高探测工作效率。

Description

用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及地质预报用多功能测量仪，尤其涉及用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪。

背景技术

隧道地震波法超前地质预报是施工期超前地质预报的主要方法之一，该方法需要激发24个炮点用于预报掌子面前方120～150m范围内的不良地质情况。但是该方法的探测工作较为繁琐，每次需要对炮孔的倾角和深度、炮孔距地面和掌子面的距离进行测量，测量项目较多，工作较为繁琐且缺乏准确性。所以，为解决这些问题，需要发明一种操作简单且提高工作准确性的装置。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，易于操作，可用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，有利于提高超前地质预报的探测精度，提高工作效率，保证安全施工。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

所述多功能测量仪包括本体，在所述本体上连接有一可伸入炮孔的激光探测杆，在所述本体上和所述激光探测杆的端头分布有一组激光探测头，所述各个探测头构成用于测距的激光测距系统；所述激光探测头包括用于接收反射激光束的光电元件和一测定激光束从发射到接收所用时的计时器；在所述本体内安装有用于测量炮孔倾角的角度探测系统；在所述本体上，设有输入装置和显示屏；在所述本体内，布设有控制电路：所述控制电路包括由激光测距系统和角度测距系统构成的数据采集模块，主控器，输入装置，缓存单元和显示屏；所述数据采集模块耦接到主控器，按照主控器发送的指令测量和收集数据，并将数据传输给主控器；所述主控器接收来自输入装置的信号，并响应于所述信号，向数据采集模块、显示屏发送指令，从数据采集模块获取数据，并在集成或耦接到所述主控器的缓存单元中缓存预定数量帧数据；所述显示屏接收并显示所述主控器传输的数据。

所述本体为一扁圆柱体，分布有所述输入装置和所述显示屏的一圆形表面为正面，另一面为背面；在所述本体侧壁上连接有所述激光探测杆，所述激光探测杆与所述本体平行。

所述一组激光探测头包括探测炮孔深度的孔深激光探测头，探测炮孔至地面高度的地面激光探测头和探测炮孔至掌子面距离的掌子面激光探测头；所述孔深激光探测头位于激光探测杆的端头；所述地面激光探测头位于所述本体的背面中心处；所述掌子面激光探测头位于所述本体侧壁的两侧，沿直径方向对称于激光探测杆分布。

在所述本体上，和所述激光探测杆连接的部位设有凹槽，所述激光探测杆插入凹槽中，通过所述凹槽与所述本体相连；所述激光探测杆可全方位旋转。

所述角度测量系统与所述激光探测杆通过凹槽相连，所述角度探测系统包括一始终与地面垂直的微型垂杆和一电阻圈，当把激光探测杆插入到倾斜的炮孔时，所述微型垂杆产生一定的倾角，所述倾角会对应相应的一段电阻圈长度，并对应相应的电阻值，所述控制器将所述电阻值转换为相应的角度值并在显示屏上显示出炮孔的倾角。

所述输入装置包括控制测量仪开关的开关按钮；取消上一操作的清除按钮；和各个激光探测头一一对应并控制其进行相应测量和显示的一组测距按钮，包括一个孔深探测按钮，一个地面探测按钮，和两个掌子面探测按钮。

所述本体内装有存储卡和USB接口，所述控制电路可以将测量数据自动保存到所述存储卡中并可通过所述USB接口与外部电脑进行数据传输。

所述用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪的使用方法，包括以下步骤：

(1)将激光探测杆伸入到要测量的炮孔内部，保证激光探测杆全部放在炮孔内，探测仪的正面朝上；

(2)进行各炮孔的距离和角度测量；完成一个炮孔的测量后，可重复操作测量相邻炮孔，直至完成全部测量；

(3)全部测量完毕后，通过USB接口与电脑进行数据传输。

其中，步骤(2)中，打开开关，微型垂杆产生一倾角并对应相应电阻圈的电阻值，所述控制器将所述电阻值转换为相应的角度值，显示屏自动显示炮孔倾角的读数。

步骤(2)中，触发测深指令，控制器控制激光探测头向目标射出激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收所用的时间，计算出从探测头到目标的距离，并将此距离加上激光探测杆长度得到炮孔的深度，此时显示屏显示炮孔深度的读数；调节激光探测杆使其保持水平，按下地面探测按钮，按照上述激光测距原理，显示屏显示炮孔至地面的距离；按下与掌子面同侧的掌子面探测按钮，按照上述激光测距原理，显示屏显示炮孔至掌子面的距离；发生错误测量时，按下清除按钮，控制器向缓存单元发出指令，清除本次操作的测量数据，按下相应按钮重新测量所需数据；本次测量完毕时，按下开关按钮将其关闭，控制器控制缓存单元将本次测量数据自动保存到存储卡中。

本发明的有益效果为：

激光探测杆可全方位自由旋转，可使孔深激光探测头搜索到最远距离，并最终实现炮孔深度的测量；激光探测杆通过凹槽与角度测量系统相连，可直接测量炮孔倾角；布置两个对称的掌子面激光探测头可以方便的测量在掌子面两侧侧壁的炮孔。

巧妙的外观设计使炮孔的全面测量成为可能，并为实际量测炮孔相关数据提供更精确和更方便的手段。

解决了地震波法探测时测量过程繁琐、测量结果精度不高的问题。

结构简单，使用方便，集测量炮孔倾角、炮孔深度、炮孔距地面距离、炮孔距掌子面距离及数据传输于一体，并可实现连续测量，提高了测量精度，克服了采用传统测角器、直尺等设备量测的繁琐性与不准确性。

采用激光测距系统进行量测，可以减少探测人员在隧道掌子面前方有未知危险的地方活动，降低了因为掌子面塌方而对探测人员生命安全带来的威胁。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明背面的立体示意图；

图3是本发明的电路模块图。

其中1.开关按钮；2.清除按钮；3.地面探测按钮；4.第一掌子面探测按钮；5.孔深探测按钮；6.第二掌子面探测按钮；7.第一掌子面激光探测头；8.第二掌子面激光探测头；9.显示屏；10.孔深激光探测头；11.激光探测杆；12.探测杆凹槽；13.USB接口；14.地面激光探测头；15.本体。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1中，用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，包括一扁圆柱体的本体15，在所述本体15上连接有一可伸入炮孔的激光探测杆11，在所述本体15上和所述激光探测杆11的端头分布有一组激光探测头，分别为：第一掌子面激光探测头7；第二掌子面激光探测头8；孔深激光探测头10；地面激光探测头14；所述各个探测头构成用于测距的激光测距系统。所述测量装置还包括用于测量炮孔倾角的角度探测系统，所述角度测量系统由激光探测杆11、探测杆凹槽12和内置系统组成。在所述本体15上，设有输入装置、显示屏9和USB接口13。所述输入装置包括：开关按钮1、清除按钮2、地面探测按钮3、第一掌子面探测按钮4、孔深探测按钮5和第二掌子面探测按钮6。

在所述本体15内，布设有控制电路：所述控制电路包括激光测距系统和角度测距系统，主控器，输入装置，存储卡和显示屏；所述激光测距系统和角度测距系统耦接到主控器，按照主控器发送的指令测量和收集数据，并将数据传输给主控器；所述主控器接收来自输入装置的信号，并响应于所述信号，向激光测距系统、角度测距系统和显示屏发送指令，从数据采集模块获取数据，并将数据存储到储存卡中；所述显示屏接收并显示所述主控器传输的数据。角度测量系统和激光测距系统能够实现对所测对象的全自动化计算并把计算结果保存到存储卡中，计算结果可以通过USB接口进行数据传输。

所述的激光探测杆11可360度旋转，其一端装有孔深激光探测头10，所述孔深激光探测头10发射激光到炮孔内部并自动搜索到最远距离，其另一端插入到探测杆凹槽12中。

所述角度测量系统与激光探测杆11通过探测杆凹槽12相连，所述角度探测系统包括一始终与地面垂直的微型垂杆和一电阻圈，将激光探测杆11深入到倾斜的炮孔内，所述微型垂杆便产生一定的倾角，所述倾角会对应相应的一段电阻圈长度，并对应相应的电阻值，所述控制器将所述电阻值转换为相应的角度值并在显示屏上显示出炮孔的倾角

所述的激光测距系统能够计算出观测点至目标点之间的距离，即激光往返目标的距离d₁，与激光探测杆的长度d₂的代数和。

所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其内部装有USB接口13及存储卡，测量数据能自动保存到存储卡中并可通过USB接口13进行数据传输。

用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪的使用方法，包括以下步骤：

A.将激光探测杆11伸入到要测量的炮孔内部，并保证激光探测杆11全在炮孔内，打开开关1，显示屏9将自动显示倾角度数，这便是炮孔倾角；

B.按下孔深探测按钮5，孔深激光探测头10可发射激光到炮孔内并自动搜索到最远距离，此时显示屏将9自动显示所测距离，这便是炮孔深度；

C.调节激光探测杆11并保持水平，按下地面探测按钮3，地面激光探测头14可发射激光到地面,此时显示屏9将自动显示所测距离，这便是炮孔距地面距离；

D.按下第一掌子面探测按钮4或第二掌子面探测按钮6，第一掌子面激光探测头7或第二掌子面激光探测头8可发射激光到掌子面并自动搜索到垂直距离，此时显示屏将自动显示所测距离，这便是炮孔距掌子面距离；

E.如果测量过程中出现错误需要重新测量，可按下清除按钮2，重新测量所需要的数据；

F.将激光探测杆11从炮孔中拿出，并伸入到相邻炮孔，重复A-D，从而实现对炮孔的连续测量，测量数据将自动保存到存储卡中；

G.测量完毕后，可通过USB接口13进行数据传输。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述多功能测量仪包括本体，在所述本体上连接有一可伸入炮孔的激光探测杆，在所述本体上和所述激光探测杆的端头分布有一组激光探测头，所述各个探测头构成用于测距的激光测距系统；所述激光探测头包括用于接收反射激光束的光电元件和一测定激光束从发射到接收所用时的计时器；在所述本体内安装有用于测量炮孔倾角的角度探测系统；在所述本体上，设有输入装置和显示屏；在所述本体内，布设有控制电路：所述控制电路包括由激光测距系统和角度探测系统构成的数据采集模块，主控器，输入装置，缓存单元和显示屏；所述数据采集模块耦接到主控器，按照主控器发送的指令测量和收集数据，并将数据传输给主控器；所述主控器接收来自输入装置的信号，并响应于所述信号，向数据采集模块、显示屏发送指令，从数据采集模块获取数据，并在集成或耦接到所述主控器的缓存单元中缓存预定数量帧数据；所述显示屏接收并显示所述主控器传输的数据。

2.根据权利要求1所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述本体为一扁圆柱体，分布有所述输入装置和所述显示屏的一圆形表面为正面，另一面为背面；在所述本体侧壁上连接有所述激光探测杆，所述激光探测杆与所述本体平行。

3.根据权利要求2所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述一组激光探测头包括探测炮孔深度的孔深激光探测头，探测炮孔至地面高度的地面激光探测头和探测炮孔至掌子面距离的掌子面激光探测头；所述孔深激光探测头位于激光探测杆的端头；所述地面激光探测头位于所述本体的背面中心处；所述掌子面激光探测头位于所述本体侧壁的两侧，沿直径方向对称于激光探测杆分布。

4.根据权利要求2所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：在所述本体上，和所述激光探测杆连接的部位设有凹槽，所述激光探测杆插入凹槽中，通过所述凹槽与所述本体相连；所述激光探测杆可全方位旋转。

5.根据权利要求4所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述角度测量系统与激光探测杆通过凹槽相连，所述角度探测系统包括一始终与地面垂直的微型垂杆和一电阻圈，当把激光探测杆插入到倾斜的炮孔时，所述微型垂杆便产生一定的倾角，所述倾角会对应相应的一段电阻圈长度，并对应相应的电阻值，所述控制器将所述电阻值转换为相应的角度值并在显示屏上显示出炮孔的倾角。

6.根据权利要求1所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述输入装置包括控制测量仪开关的开关按钮；取消上一操作的清除按钮；和各个激光探测头一一对应并控制其进行相应测量和显示的一组测距按钮，包括一个孔深探测按钮，一个地面探测按钮，和两个掌子面探测按钮。

7.根据权利要求1所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪，其特征在于：所述本体内装有存储卡和USB接口，所述控制电路可以将测量数据自动保存到所述存储卡中并可通过所述USB接口与外部电脑进行数据传输。

8.根据权利要求5、6和7所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将激光探测杆伸入到要测量的炮孔内部，保证激光探测杆全部放在炮孔内，使探测仪的正面朝上；

(2)进行各炮孔的距离和角度测量；完成一个炮孔的测量后，可重复操作测量相邻炮孔，直至完成全部测量；

(3)全部测量完毕后，通过USB接口与电脑进行数据传输。

9.根据权利要求8所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪的使用方法，其特征在于：其中，步骤(2)中，打开开关，微型垂杆产生一倾角并对应相应电阻圈的电阻值，所述控制器将所述电阻值转换为相应的角度值，显示屏自动显示炮孔倾角的读数。

10.根据权利要求8所述的用于地震波法超前地质预报的多功能测量仪的使用方法，其特征在于：步骤(2)中，触发测深指令，控制器控制激光探测头向目标射出激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收所用的时间，计算出从探测头到目标的距离，并将此距离加上激光探测杆长度得到炮孔的深度，此时显示屏显示炮孔深度的读数；调节激光探测杆使其保持水平，按下地面探测按钮，按照上述激光测距原理，显示屏显示炮孔至地面的距离；按下与掌子面同侧的掌子面探测按钮，按照上述激光测距原理，显示屏显示炮孔至掌子面的距离；发生错误测量时，按下清除按钮，控制器向缓存单元发出指令，清除本次操作的测量数据，按下相应按钮重新测量所需数据；本次测量完毕时，按下开关按钮将其关闭，控制器控制缓存单元将本次测量数据自动保存到存储卡中。