CN106401560B - 一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，包括图像处理及显示模块、电源、信号放大器、照明机构调节器、数据显示屏、数据处理模块、探测器外端控制柄、探测器杆身、信号传输线、阻力探测模块、探测器探头；阻力探测模块设置在探测器杆身和探测器探头之间，并且内部设置有力传感器。探测器探头端部的刀口在岩体内的行进过程中受到的阻力由力传感器进行测量；力传感器测量得到的数据由数据处理模块进行处理后，算出岩体的抗剪强度等力学性能参数，最后将结果在数据显示屏上显示，实现探测器的自感知。本发明通过防水显微镜头、信号放大器和图像处理及显示模块可以对防水显微镜头拍摄的图像进行实时放大显示,实现可视化。
Description
技术领域
本发明涉及岩体监测领域，具体的说是一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器。
背景技术
目前对岩体性能的监测主要采用以手工测量为主的现场试验法，这种方法需将待检测的岩样从现场运回实验室进行测试，效率较低，精度较低，并且人工误差较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器。
本发明所采用的技术方案是：一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：包括图像处理及显示模块、电源、信号放大器、照明机构调节器、数据显示屏、数据处理模块、探测器外端控制柄、探测器杆身、信号传输线、阻力探测模块、探测器探头；
所述图像处理及显示模块、电源、信号放大器、照明机构调节器、数据显示屏、数据处理模块均设置在探测器外端控制柄内；所述图像处理及显示模块、电源、照明机构调节器、探测器探头、信号放大器通过所述信号传输线串联连接，所述数据处理模块分别通过所述信号传输线与所述电源、数据显示屏、阻力探测模块连接。
作为优选，所述探测器探头包括外层套筒、内层套筒，所述外层套筒固定套设在所述内层套筒上；所述探测器探头与阻力探测模块连接在一起，并且它们之间设置有斜向挡板；所述外层套筒的内部设置有防水显微镜头和照明机构；照明机构和防水显微镜头均通过所述信号传输线分别与所述照明机构调节器和信号放大器连接通信；所述探测器探头的端部设置有盾构钻头；所述外层套筒和盾构钻头的连接部位设置有滚珠、电源、开关和马达。
作为优选，所述盾构钻头由喷嘴、刮刀、中心刀、切刀、渣槽组成；所述刮刀、中心刀和切刀对岩体进行切割，钻出的碎石进入渣槽；所述喷嘴喷水，从而减少灰尘，使岩层在摄像头中更清晰。
作为优选，所述照明机构为LED白光灯。
作为优选，所述阻力探测模块由探测器杆身的末端和探测器探头的起始端组成；所述探测器杆身的末端和探测器探头的起始端均设置有外环和内环；所述内环内设置有力传感器；所述力传感器通过信号传输线与数据处理模块连接通信；所述探测器杆身的外环设置有内螺纹，探测器探头的外环设置有外螺纹，所述探测器杆身和探测器探头通过内螺纹和外螺纹的咬合连接在一起，同时所述探测器杆身的内环和探测器探头的内环在外环的作用下紧密的顶在一起。
作为优选，所述内环内设置有独立的碎石渣排出通道。
作为优选，所述力传感器由压电陶瓷或压电敏感材料制作而成。
作为优选，所述探测器杆身和探测器探头由氮化硅陶瓷制作而成。
作为优选，所述探测器杆身和探测器探头为空心柱体。
本发明一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器的优点是：
1、由于所用钢材具有高强度高韧性的性能，故该探测器具有较高的强度，并且韧性好。
2、该探测器的杆身和探头连接处设置有力传感器，可以对探测器探头受到的阻力进行精确测量。数据显示屏可以实时显示岩体的抗剪强度等力学性能参数。
3、由于该探测器的探头内部嵌有防水显微镜头，图像显示屏可以将该镜头观测到的图像显示出来，便于检测人员进行实时观察。
4、探测器的阻力探测模块处有内外两层，外层环的两部分通过螺纹紧密的固定在一起，内层环的两部分在外层环的作用下紧密的顶在一起。在两层环的作用下，阻力探测模块有很好的防水作用，可以对内部的传感器进行很好的保护。
5、由于不同材质岩层的力表现和图像特性不同，我们利用此方法可以很好的对岩层的材质进行识别。由于混凝土碳化之后，混凝土的表面特性和力学性能均会发生变化，故该探测器也可用于混凝土碳化程度监测。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例的探测器探头的放大图；
图3为本发明实施例图2中虚线框内的放大图；
图4为本发明实施例的探测器探头端部的盾构钻头的结构图；
图5为本发明实施例的阻力探测模块靠近探测器杆身那一边的纵剖面图；
图6为本发明实施例的阻力探测模块靠近探测器探头那一边的纵剖面图；
图7为本发明实施例的阻力探测模块靠近探测器杆身那一边的立体图；
图8为本发明实施例的阻力探测模块靠近探测器探头那一边的立体图；
图9为本发明实施例的阻力探测模块与探测器探头连接的结构图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
请见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9，本发明提供的一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：包括图像处理及显示模块1、电源2、信号放大器3、照明机构调节器4、数据显示屏5、数据处理模块6、探测器外端控制柄7、探测器杆身8、信号传输线9、阻力探测模块10、探测器探头11；图像处理及显示模块1、电源2、信号放大器3、照明机构调节器4、数据显示屏5、数据处理模块6均设置在探测器外端控制柄7内；图像处理及显示模块1、电源2、照明机构调节器4、探测器探头11、信号放大器3通过信号传输线9串联连接，数据处理模块6分别通过信号传输线9与电源2、数据显示屏5、阻力探测模块10连接。阻力探测模块10由探测器杆身8的末端和探测器探头11的起始端组成；探测器杆身8的末端和探测器探头11的起始端均设置有外环26和内环28；内环28内设置有力传感器27；力传感器27通过信号传输线9与数据处理模块6连接通信；探测器杆身8的外环26设置有内螺纹，探测器探头11的外环26设置有外螺纹，探测器杆身8和探测器探头11通过内螺纹和外螺纹的咬合连接在一起，同时探测器杆身8的内环11和探测器探头8的内环28在外环的作用下紧密的顶在一起。
数据处理模块6可以对力传感器27测量的数据进行处理，进而算出岩体的抗剪强度等力学性能参数，最后在显示屏上显示计算结果。岩体的抗剪强度与力传感器测量的力F的关系为：，其中a，b为常数。
本实施例的探测器探头11包括外层套筒12、内层套筒13，外层套筒12固定套设在内层套筒13上；所述探测器探头11与阻力探测模块10连接在一起，并且它们之间设置有斜向挡板30；外层套筒12的内部设置有防水显微镜头14和照明机构15（本实施例为LED白光灯）；照明机构15和防水显微镜头14均通过所述信号传输线9分别与所述照明机构调节器4和信号放大器3连接通信；照明机构调节器（4）可以根据需要对照明机构（15）的亮度进行调节；经过信号放大器3的处理，图像处理及显示模块1可以对防水显微镜头14拍摄的图像进行实时放大显示；探测器探头11的端部设置有盾构钻头16；外层套筒12和盾构钻头16的连接部位设置有滚珠17、电源18、开关19和马达20；盾构钻头16由喷嘴21、刮刀22、中心刀23、切刀24、渣槽25组成；刮刀22、中心刀23和切刀24对岩体进行切割，钻出的碎石进入渣槽25；喷嘴21喷水，从而减少灰尘，使岩层在摄像头中更清晰。
本实施例的力传感器15由压电陶瓷或压电敏感材料制作而成；探测器杆身8和探测器探头11由氮化硅陶瓷制作而成，探测器杆身8和探测器探头11为空心柱体。
尽管本说明书较多地使用了图像处理及显示模块1、电源2、信号放大器3、照明机构调节器4、数据显示屏5、数据处理模块6、探测器外端控制柄7、探测器杆身8、信号传输线9、阻力探测模块10、探测器探头11、外层套筒12、内层套筒13、防水显微镜头14、照明机构15、盾构钻头16、滚珠17、电源18、开关19、马达20、喷嘴21、刮刀22、中心刀23、切刀24、渣槽25、带螺纹的外层环26、力传感器27、内层环28、碎石渣排出通道挡板29、斜向挡板30等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：包括图像处理及显示模块（1）、电源（2）、信号放大器（3）、照明机构调节器（4）、数据显示屏（5）、数据处理模块（6）、探测器外端控制柄（7）、探测器杆身（8）、信号传输线（9）、阻力探测模块（10）、探测器探头（11）；
所述图像处理及显示模块（1）、电源（2）、信号放大器（3）、照明机构调节器（4）、数据显示屏（5）、数据处理模块（6）均设置在探测器外端控制柄（7）内；所述图像处理及显示模块（1）、电源（2）、照明机构调节器（4）、探测器探头（11）、信号放大器（3）通过所述信号传输线（9）串联连接，所述数据处理模块（6）分别通过所述信号传输线（9）与所述电源（2）、数据显示屏（5）、阻力探测模块（10）连接；
所述探测器探头（11）包括外层套筒（12）、内层套筒（13），所述外层套筒（12）固定套设在所述内层套筒（13）上；所述探测器探头（11）与阻力探测模块（10）连接在一起，并且它们之间设置有斜向挡板（30）；所述外层套筒（12）的内部设置有防水显微镜头（14）和照明机构（15）；所述照明机构（15）和防水显微镜头（14）均通过所述信号传输线（9）分别与所述照明机构调节器（4）和信号放大器（3）连接通信；所述探测器探头（11）的端部设置有盾构钻头（16）；所述外层套筒（12）和盾构钻头（16）的连接部位设置有滚珠（17）、电源（18）、开关（19）和马达（20）；
所述阻力探测模块（10）由探测器杆身（8）的末端和探测器探头（11）的起始端组成；所述探测器杆身（8）的末端和探测器探头（11）的起始端均设置有外环（26）和内环（28）；所述内环（28）内设置有力传感器（27）；所述力传感器（27）通过信号传输线（9）与数据处理模块（6）连接通信；所述探测器杆身（8）的外环（26）设置有内螺纹，探测器探头（11）的外环（26）设置有外螺纹，所述探测器杆身（8）和探测器探头（11）通过内螺纹和外螺纹的咬合连接在一起，同时所述探测器杆身（8）的内环（28 ）和探测器探头（11 ）的内环（28）在外环的作用下紧密的顶在一起；
所述力传感器（27 ）由压电陶瓷或压电敏感材料制作而成。
2.根据权利要求1所述的岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：所述盾构钻头（16）由喷嘴（21）、刮刀（22）、中心刀（23）、切刀（24）、渣槽（25）组成；所述刮刀（22）、中心刀（23）和切刀（24）对岩体进行切割，钻出的碎石进入渣槽（25）；所述喷嘴（21）喷水，从而减少灰尘，使岩层在摄像头中更清晰。
3.根据权利要求1所述的岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：所述照明机构（15）为LED白光灯。
4.根据权利要求1所述的岩体性能实时监测的可视化自感知探测器，其特征在于：所述内环（28）内设置有独立的碎石渣排出通道挡板（29）。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的岩 体性能实时监测的可视化探测器，其特征在于：所述探测器杆身（8）和探测器探头（11）由氮化硅陶瓷制作而成。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的岩 体性能实时监测的可视化探测器，其特征在于：所述探测器杆身（8）和探测器探头（11）为空心柱体。
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