CN109507288A - 智能地质锤 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能地质锤，包括由锤头和锤柄，锤头具有一平突端，该平突端内设置有压力传感器；锤柄上设置有嵌入式显示屏，锤柄下方设置有降噪麦克风，用于记录岩石锤击声；且锤柄内部为中空腔体，空腔内设有主控电路板，其与显示屏电性连接，主控电路板上设置有传感器处理芯片组、CPU处理芯片、存储模组、传感器模组，该储存模组用于储存岩石锤击声，该传感器模组包括陀螺仪和加速度传感器；CPU处理芯片用于对传感器模组芯片处理后的各传感器信号以及存储模组存储的岩石锤击声进行运算，分析出岩石强度，并传入嵌入式显示屏。该地质锤可快速测定岩石强度和判断岩石种类，从而提高野外地质勘探效率。

Description

智能地质锤

技术领域

本发明涉及野外地质勘探工具领域，特别是涉及一种可用于野外快速测定岩石强度和判断岩石种类的多功能智能地质锤。

背景技术

地质锤是地质工作者的“三宝”(地质锤、罗盘和放大镜)之一，也是从事工程地质勘察野外作业的基本工具之一，其锤头通常一端呈长方形或正方形，另一端呈尖棱形或扁楔形。野外使用地质锤时，一般先用方头一端敲击岩石，使之破碎成块；然后用尖棱或扁楔形一端沿岩层层面敲击，可以进行岩层剥离，有利于寻找化石和采集样本；也可以用来整修岩石、矿石等标本，使之规格化，便于包装、试验。此外，在完整岩石露头上，将尖头或扁楔形一端作为楔，用另一把地质锤敲击，在岩石表面开凿成槽，便于采取岩矿、化石样品等；还可以利用尖头或扁楔形一端进行浅处挖掘，除去表面风化物、覆盖层等。地质锤除却具备上述基础性功能外，还可以作为一种估计岩石强度和岩石组分的物理装置。

一直以来，岩石强度和岩石类别都是开展地质学相关研究的基础性参数。工程地质勘察野外作业中，地质工程师主要通过监听锤击声判定岩石强度，通过观察岩石颜色、纹理、构造、矿物成分及其含量等区分岩石类别，上述方法主观性较强，且受诸多因素影响，如经验缺乏、人为疏忽等，容易导致判别错误。随着国内工程建设的迅猛发展，对岩石强度测定和岩石种类鉴别提出了更高的要求，经验判别法难以满足部分工程应用需求，如何利用简便方法测定岩石强度和判断岩石种类已然成为地质、采矿等行业人员所面临的共同难题。多年来，诸多学者对岩石强度测定和岩石种类判别的物理装置进行了深入研究，虽然取得较多成果，但大部分仅仅是停留在实验室阶段，其工程实际应用效果欠佳。目前，尽管部分科研成果已经实现产业化，市场上也相继出现一些手持地质勘探设备，如手持式矿石分析仪等，但由于携带不便且操作繁琐，未能彻底解决上述难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能智能地质锤，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种智能地质锤，包括由锤头和锤柄，所述锤头具有一平突端，该平突端内设置有压力传感器；所述锤柄上设置有嵌入式显示屏，所述锤柄下方设置有降噪麦克风，用于记录岩石锤击声；且所述锤柄内部为中空腔体，空腔内设有主控电路板，其与显示屏电性连接，主控电路板上设置有传感器处理芯片组、CPU处理芯片、存储模组、传感器模组，该储存模组用于储存所述岩石锤击声，该传感器模组包括陀螺仪和加速度传感器；CPU处理芯片用于对传感器模组芯片处理后的各传感器信号以及存储模组存储的岩石锤击声进行运算，分析出岩石强度，并传入嵌入式显示屏。

在进一步的实施方案中，所述锤柄还包括控制按键，该控制按键包括切换按键，用于将功能转换至“岩石强度判定”模式，自动触发降噪麦克风；和/或所述锤柄包括GPS模块，用于记录岩石坐标位置。

在进一步的实施方案中，所述锤柄上还设置有摄像头，用于拍摄岩石图像，该摄像头与所述传感器模组电性连接；所述主控电路板还包括图像分析处理器，所述图像分析处理器与CPU处理芯片用于通过神经网络模型对所述图像进行分析判断。

在进一步的实施方案中，所述锤柄上还设置有闪光灯和环境光传感器，用于辅助所述摄像头进行拍摄；和/或所述锤柄上还设置有可翻转式触控显示屏，与图像分析处理器和CPU处理芯片电性连接，用于接收所述判断结果并显示。

在进一步的实施方案中，所述锤柄末端设置有锂离子充电电池、SIM卡槽、TF卡槽和Micro-USB接口。

在进一步的实施方案中，所述由锤头和锤柄组成的地质锤本体空腔内及接缝处设置有橡胶密封条，配合防震耐磨橡胶保护套，使其具备防尘、防水和防震功能。

在进一步的实施方案中，所述锤头、锤柄壁均选用合金钢锻造。

在进一步的实施方案中，所述锤头的平突端、所述锤柄的末端均为可拆卸式结构，拆卸部位接口内侧设置有橡胶垫圈。

在进一步的实施方案中，所述可翻转式触控显示屏是通过转动卡槽安装在所述锤柄一侧，且所述可翻转式触控显示屏的显示区域底部设置有转动支架。

在进一步的实施方案中，所述摄像头设置有镜头保护盖，镜头保护盖与摄像头的孔口过盈配合；和/或所述镜头保护盖通过细绳与挂环相连接；所述镜头保护盖的材质为橡胶。

在进一步的实施方案中，所述主控电路板分为上主控电路板和下主控电路板，上主电路板包括CPU处理芯片和图像分析处理器，下主控电路板包括传感器处理芯片组和锂离子充电电池上均粘贴有石墨散热片。

在进一步的实施方案中，所述传感器模组还包括GPS模块、蓝牙模块、磁力传感器、气压传感器、温度传感器以及湿度传感器；所述锤柄上还设置有振动马达，所述压力传感器、摄像头、闪光灯、环境光传感器、降噪麦克风和振动马达均与所述传感器模组电性连接。

在进一步的实施方案中，所述控制按键包括开关按键、录音按键、SOS按键和模式切换按键，各按键均为二段式按钮开关，且都与所述触发器模组电性连接；所述SOS按键具有对监控中心远程发送求救信息的功能；所述模式切换按键可以任意切换岩石强度判定和岩石种类识别两种主要功能。

在进一步的实施方案中，所述主控电路板还包括通信模组，所述SIM卡槽、通信模组、蓝牙模块和CPU处理芯片共同构成无线数据传输装置，实现与手机、电脑以及云端数据同步。

在进一步的实施方案中，所述摄像头适配有“鱼眼”镜头，对观察对象具有放大作用；所述闪光灯具有夜间照明功能，且可通过触控操作可翻转式触控显示屏手动调节亮度。

在进一步的实施方案中，所述GPS模块、磁力传感器和气压传感器共同构成数字指南针；所述陀螺仪和加速度传感器共同构成数字水平仪。

在进一步的实施方案中，所述嵌入式显示屏用于显示岩石强度、岩石类别、经纬度、海拔高度、温度和/或湿度信息。

与现有技术相比，本发明采用以上技术方案的有益效果是：本发明依靠集成软件系统通过监听岩石锤击声即可自动测试岩石强度，通过识别岩石图像即可自动判定岩石种类，提高了地质勘探野外作业效率，通过深层神经网络算法构成“自学习、自分析、自修正”机制，克服了以往经验判断的主观性和不确定性。同时，本发明自身集成的语音记录、一键SOS、定位标记、“鱼眼”放大镜、数字指南针、数字水平仪以及夜间照明等功能为地质工作者工程地质勘察野外作业提供了诸多便利，也避免了随身携带过多设备造成设备的丢失。

附图说明

图1是本发明实施例的智能地质锤结构总体布置示意图。

图2是图1中可翻转式触控显示屏的结构示意图。

图3是图1中控制按键的结构示意图。

图4是图1中上主控电路板的结构示意图。

图5是图1中下主控电路板的结构示意图。

图6是图1中传感器模组的结构示意图。

图7是图1中的电路框架示意图。

其中，1-锤头，2-锤柄，3-压力传感器，4-摄像头，5-闪光灯，6-环境光传感器，7-嵌入式微型显示屏，8-可翻转式触控显示屏，9-防震耐磨橡胶保护套，10-传感器处理芯片组，11-CPU处理芯片，12-图像分析处理器，13-存储模组，14-通信模组，15-锂离子充电电池，16-振动马达，17-SIM卡槽，18-降噪麦克风，19-控制按键，20-主控电路板，21-触发器模组，22-传感器模组，23-TF卡槽，24-Micro-USB接口，25-转动卡槽，26-转动支架，27-显示区域，28-石墨散热片，401-镜头保护盖，402-挂环，1901-开关按键，1902-录音按键，1903-SOS按键，1904-模式切换按键，2001-上主控电路板，2002-下主控电路板，2201-GPS模块，2202-陀螺仪，2203-Bluetooth模块，2204-加速度传感器，2205-磁力传感器，2206-气压传感器，2207-温度传感器，2208-湿度传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅为本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

参见图1-6所示，根据本发明的基本构思，提供一种智能地质锤，包括由锤头1和锤柄2，其中：锤头1具有一平突端，该平突端内设置有压力传感器3；锤柄2上设置有嵌入式显示屏7，锤柄下方设置有降噪麦克风18，用于记录岩石锤击声；且锤柄2内部为中空腔体，空腔内设有主控电路板20，其与显示屏7电性连接，主控电路板20上设置有传感器处理芯片组10、CPU处理芯片11、存储模组13、传感器模组22，该储存模组22用于储存岩石锤击声，该传感器模组22包括陀螺仪2202和加速度传感器2204；CPU处理芯片11用于对传感器模组22芯片处理后的各传感器信号以及存储模组22存储的岩石锤击声进行运算，分析出岩石强度，并传入嵌入式显示屏7。该嵌入式显示屏7可用于显示岩石强度、岩石类别、经纬度、海拔高度、温度和/或湿度信息。

在一些实施例中，锤柄2还包括控制按键19，该控制按键19包括切换按键1904，用于将功能转换至“岩石强度判定”模式，自动触发降噪麦克风18；和/或锤柄2包括GPS模块2201，用于记录岩石坐标位置。而且。锤柄2上还可设置有摄像头4，用于拍摄岩石图像，该摄像头4与传感器模组22电性连接；主控电路板20还包括图像分析处理器12，图像分析处理器12与CPU处理芯片11用于通过神经网络模型对图像进行分析判断。其中，摄像头4可设置有镜头保护盖401，镜头保护盖401与摄像头4的孔口过盈配合；和/或镜头保护盖401通过细绳与挂环402相连接；镜头保护盖的材质为橡胶。

作为优选的，锤柄上还设置有闪光灯5和环境光传感器6，用于辅助摄像头进行拍摄；还作为优选的，锤柄上还设置有可翻转式触控显示屏8，与图像分析处理器12和CPU处理芯片11电性连接，用于接收判断结果并显示。

在一些实施例中，锤柄2末端设置有锂离子充电电池15、SIM卡槽17、TF卡槽23和Micro-USB接口24。

在一些实施例中，由锤头1和锤柄2组成的地质锤本体空腔内及接缝处设置有橡胶密封条，配合防震耐磨橡胶保护套9，使其具备防尘、防水和防震功能。优选的，锤头1、锤柄2壁均选用合金钢锻造。锤头1的平突端、锤柄2的末端均可为拆卸式结构，拆卸部位接口内侧设置有橡胶垫圈。

在一些实施例中，可翻转式触控显示屏8是通过转动卡槽25安装在锤柄2一侧，且可翻转式触控显示屏8的显示区域27底部设置有转动支架26。

在一些实施例中，主控电路板20分为上主控电路板2001和下主控电路板2002，上主电路板2001包括CPU处理芯片11和图像分析处理器12，下主控电路板2002包括传感器处理芯片组10和锂离子充电电池15上均粘贴有石墨散热片28。

在一些实施例中，传感器模组22还包括GPS模块2201、Bluetooth模块2203、磁力传感器2205、气压传感器2206、温度传感器2207以及湿度传感器2208；锤柄2上还设置有振动马达16，压力传感器3、摄像头4、闪光灯5、环境光传感器6、降噪麦克风18和振动马达16均与传感器模组22电性连接。

在一些实施例中，控制按键19包括开关按键1901、录音按键1902、SOS按键1903和模式切换按键1904，各按键均为二段式按钮开关，且都与触发器模组21电性连接；SOS按键1903具有对监控中心远程发送求救信息的功能；模式切换按键1904可以任意切换岩石强度判定和岩石种类识别两种主要功能。

在一些实施例中，主控电路板20还包括通信模组14，SIM卡槽17、通信模组14、Bluetooth模块2203和CPU处理芯片11共同构成无线数据传输装置，实现与手机、电脑以及云端数据同步。

在一些实施例中，摄像头4适配有“鱼眼”镜头，对观察对象具有放大作用；闪光灯5具有夜间照明功能，且可通过触控操作可翻转式触控显示屏8手动调节亮度。

在一些实施例中，GPS模块2201、磁力传感器2205和气压传感器2206共同构成数字指南针；陀螺仪2202和加速度传感器2204共同构成数字水平仪。

以下将结合具体实施例对本发明进行进一步阐述，但应理解的是，以下实施例的具体细节仅用于更好的理解本发明，而不应理解为对本发明的限定。

实施例1——通过监听岩石锤击声自动测定岩石强度

参阅附图，将声音识别算法嵌入系统底层，其主要包括声音增强、声音切片以及声音识别三个环节，从而实现岩石强度的快速测定。由于野外岩石众多，地质工作者难以记忆每类岩石的准确强度。此时，选取岩石表面某一区域，打开开关按键1901，操纵由锤头1和锤柄2组成的地质锤来敲击该区域，压力传感器3、陀螺仪2202和加速度传感器2204实时监测敲击力度、敲击速率，并反馈在嵌入式微型显示屏7上，届时若敲击状态不合要求，振动马达16将产生振动提醒，方便调整至适合的敲击状态。同时，按下控制按键19中的模式切换按键1904，将功能转换至“岩石强度判定”模式，自动触发降噪麦克风18，将记录的岩石锤击声储存在存储模组13中，同时GPS模块2201记录岩石坐标位置。系统读取岩石锤击声信号，经由传感器处理芯片组10传入CPU处理芯片11通过声音识别算法自行处理识别，岩石强度测试结果会显示在嵌入式微型显示屏7上。

实施例2——通过识别岩石图像自动判别岩石种类

参阅附图，图像分析处理器12内置基于Inception-v3深度卷积神经网络模型的岩石图像识别模型，其运用迁移学习方法实现岩石岩性的自动识别与分类。在野外地质勘察过程中，当遇到岩性不明的岩石，打开开关按键1901，调整锤头1及锤柄2的方向以对准岩石，取下镜头保护盖401，利用与传感器模组22电性连接的摄像头4例如高清摄像头，辅以闪光灯5、环境光传感器6，拍摄出该岩石的清晰图像，并储存在存储模组13中，同时GPS模块2201记录岩石坐标位置。在可翻转式触控显示屏8上查看确认后，按下控制按键19中的模式切换按键1904，将功能转换至“岩石种类识别”模式，图像信息被传送到主控电路板20上的CPU处理芯片11、图像分析处理器12中，经过深层神经网络模型分析判别，岩石种类识别结果会显示在嵌入式微型显示屏7上。

基于上述，本发明装置一种多功能智能地质锤与现有技术相比有益效果为：本发明依靠集成软件系统通过监听岩石锤击声即可自动测试岩石强度，通过识别岩石图像即可自动判定岩石种类，提高了地质勘探野外作业效率，通过深层神经网络算法构成“自学习、自分析、自修正”机制，克服了以往经验判断的主观性和不确定性。将多种功能集合于一身，提高了地质工作者的勘察效率。

本发明通过建立以深层神经网络为基础的集成软件系统，利用以地质锤为载体的物理工具，可以实现通过监听岩石锤击声即可自动测试岩石强度，通过识别岩石图像即可自动判定岩石种类，无需人为经验测定和主观筛选判别，具有一定的高效性、易用性与便携性，同时使得工程地质勘察野外作业更加自动化、精确化和智能化。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种智能地质锤，包括由锤头(1)和锤柄(2)，其特征在于：

所述锤头(1)具有一平突端，该平突端内设置有压力传感器(3)；

所述锤柄(2)上设置有嵌入式显示屏(7)，所述锤柄下方设置有降噪麦克风(18)，用于记录岩石锤击声；

且所述锤柄(2)内部为中空腔体，空腔内设有主控电路板(20)，其与显示屏(7)电性连接，主控电路板(20)上设置有传感器处理芯片组(10)、CPU处理芯片(11)、存储模组(13)、传感器模组(22)，该储存模组(22)用于储存所述岩石锤击声，该传感器模组(22)包括陀螺仪(2202)和加速度传感器(2204)；CPU处理芯片(11)用于对传感器模组(22)芯片处理后的各传感器信号以及存储模组(22)存储的岩石锤击声进行运算，分析出岩石强度，并传入嵌入式显示屏(7)。

2.根据权利要求1所述的多功能智能地质锤，其特征在于，所述锤柄(2)还包括控制按键(19)，该控制按键(19)包括切换按键(1904)，用于将功能转换至“岩石强度判定”模式，自动触发降噪麦克风(18)；

和/或所述锤柄(2)包括GPS模块(2201)，用于记录岩石坐标位置。

3.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于，所述锤柄(2)上还设置有摄像头(4)，用于拍摄岩石图像，该摄像头(4)与所述传感器模组(22)电性连接；

所述主控电路板(20)还包括图像分析处理器(12)，所述图像分析处理器(12)与CPU处理芯片(11)用于通过神经网络模型对所述图像进行分析判断。

4.根据权利要求3所述的智能地质锤，其特征在于，所述锤柄上还设置有闪光灯(5)和环境光传感器(6)，用于辅助所述摄像头进行拍摄；

和/或所述锤柄上还设置有可翻转式触控显示屏(8)，与图像分析处理器(12)和CPU处理芯片(11)电性连接，用于接收所述判断结果并显示。

5.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于，所述锤柄(2)末端设置有锂离子充电电池(15)、SIM卡槽(17)、TF卡槽(23)和Micro-USB接口(24)。

6.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于：所述由锤头(1)和锤柄(2)组成的地质锤本体空腔内及接缝处设置有橡胶密封条，配合防震耐磨橡胶保护套(9)，使其具备防尘、防水和防震功能。

7.根据权利要求1所述的一种多功能智能地质锤，其特征在于：所述锤头(1)、锤柄(2)壁均选用合金钢锻造。

8.根据权利要求1所述的多功能智能地质锤，其特征在于：所述锤头(1)的平突端、所述锤柄(2)的末端均为可拆卸式结构，拆卸部位接口内侧设置有橡胶垫圈。

9.根据权利要求4所述的智能地质锤，其特征在于：所述可翻转式触控显示屏(8)是通过转动卡槽(25)安装在所述锤柄(2)一侧，且所述可翻转式触控显示屏(8)的显示区域(27)底部设置有转动支架(26)。

10.根据权利要求3所述的智能地质锤，其特征在于：所述摄像头(4)设置有镜头保护盖(401)，镜头保护盖(401)与摄像头(4)的孔口过盈配合；和/或所述镜头保护盖(401)通过细绳与挂环(402)相连接；所述镜头保护盖的材质为橡胶。

11.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于：所述主控电路板(20)分为上主控电路板(2001)和下主控电路板(2002)，上主电路板(2001)包括CPU处理芯片(11)和图像分析处理器(12)，下主控电路板(2002)包括传感器处理芯片组(10)和锂离子充电电池(15)上均粘贴有石墨散热片(28)。

12.根据权利要求4所述的智能地质锤，其特征在于：

所述传感器模组(22)还包括GPS模块(2201)、蓝牙模块(2203)、磁力传感器(2205)、气压传感器(2206)、温度传感器(2207)以及湿度传感器(2208)；

所述锤柄(2)上还设置有振动马达(16)，所述压力传感器(3)、摄像头(4)、闪光灯(5)、环境光传感器(6)、降噪麦克风(18)和振动马达(16)均与所述传感器模组(22)电性连接。

13.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于：所述控制按键(19)包括开关按键(1901)、录音按键(1902)、SOS按键(1903)和模式切换按键(1904)，各按键均为二段式按钮开关，且都与所述触发器模组(21)电性连接；所述SOS按键(1903)具有对监控中心远程发送求救信息的功能；所述模式切换按键(1904)可以任意切换岩石强度判定和岩石种类识别两种主要功能。

14.根据权利要求4所述的智能地质锤，其特征在于：所述主控电路板(20)还包括通信模组(14)，所述SIM卡槽(17)、通信模组(14)、蓝牙模块(2203)和CPU处理芯片(11)共同构成无线数据传输装置，实现与手机、电脑以及云端数据同步。

15.根据权利要求4所述的智能地质锤，其特征在于：所述摄像头(4)适配有“鱼眼”镜头，对观察对象具有放大作用；所述闪光灯(5)具有夜间照明功能，且可通过触控操作可翻转式触控显示屏(8)手动调节亮度。

16.根据权利要求11所述的智能地质锤，其特征在于：所述GPS模块(2201)、磁力传感器(2205)和气压传感器(2206)共同构成数字指南针；所述陀螺仪(2202)和加速度传感器(2204)共同构成数字水平仪。

17.根据权利要求1所述的智能地质锤，其特征在于：所述嵌入式显示屏(7)用于显示岩石强度、岩石类别、经纬度、海拔高度、温度和/或湿度信息。