CN110206552B - 用于隧道掘进机盾体的压力感应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及隧道掘进机领域，公开了一种用于隧道掘进机盾体的压力感应系统，用以对隧道掘进机盾体周边岩、土压力实时监测。本发明包括电压接收放大模块、电压信号转数字信号模块、监控电脑以及分布在盾体上的压电陶瓷感应传感器；所述压电陶瓷感应传感器与所述电压接收放大模块电连接，所述电压接收放大模块与所述电压信号转数字信号模块电连接，所述电压信号转数字信号模块与所述监控电脑电连接。本发明适用于隧道掘进机掘时对盾体周围的岩、土压力监测。

Description

用于隧道掘进机盾体的压力感应系统
技术领域
本发明涉及隧道掘进机领域，特别涉及用于隧道掘进机盾体的压力感应系统。
背景技术
在隧道掘进机掘进后，岩石与土体都会产生变形，其变形后对隧道掘进机护盾产生压力，根据摩擦力公式f＝u*n(f摩擦力、u摩擦系数、n压力)，该压力的大小决定隧道掘进机能否正常工作。然而，目前对于隧道掘进机盾体周边岩、土压力实时监测技术尚无。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种用于隧道掘进机盾体的压力感应系统，用以对隧道掘进机盾体周边岩、土压力实时监测。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：用于混凝土面板堆石坝的变形监测系统，包括电压接收放大模块、电压信号转数字信号模块、监控电脑以及分布在盾体的周身上的压电陶瓷感应传感器；所述压电陶瓷感应传感器与所述电压接收放大模块电连接，所述电压接收放大模块与所述电压信号转数字信号模块电连接，所述电压信号转数字信号模块与所述监控电脑电连接。
进一步的，所述压电陶瓷感应传感器包括钢球、可滑动钢板、弹簧、压电陶瓷体以及传感器引线，在所述弹簧的上、下两端均设置了所述可滑动钢板，所述钢球位于弹簧上端的可滑动钢板的上方，所述压电陶瓷体位于弹簧下端的可滑动钢板的下方，所述传感器引线与所述压电陶瓷体连接。
进一步的，为了更合理的检测盾体上的压力分布，所述压电陶瓷感应传感器一般是均匀的分布在盾体的不同部位上。在压电陶瓷感应传感器受到压力产生电压时，电压在通过电压接收放大模块后转为数字信号，数字信号进入监控电脑，监控电脑根据接收后电压变化值换算成盾体周边压力大小，同时根据压电陶瓷感应传感器设置的部位得到该部位的岩、土压力。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明通过设计一种压电陶瓷感应传感器，并将压电陶瓷感应传感器分布设置在盾体的周身上，从而能实时的反应出盾体周边岩、土压力，为隧道掘进机掘进提供合理的掘进参数并且能对作用在盾体上的岩、土压力预警，当发生卡机时可以提供盾体周边压力分布情况，为脱困提供指导方向。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明中一种可行的压电陶瓷感应传感器布置示意图；
图3为压电陶瓷感应传感器的结构示意图。
图中编号：1是盾体，2是压电陶瓷感应传感器，201为钢球，202为可滑动钢板，203是弹簧，204是压电陶瓷体，205为传感器引线，206为传感器壳体。
具体实施方式
本发明利用压电陶瓷感应传感器中压电陶瓷体的压电性，压电陶瓷感应传感器在受到外力时产生电压，通过电压放大后转为数字信号实时反应出周围岩、土压力，实现对隧道掘进机盾体周边岩、土压力实时监测。
如图1所示，本发明包括电压接收放大模块、电压信号转数字信号模块、监控电脑以及分布在盾体上的压电陶瓷感应传感器；所述压电陶瓷感应传感器与所述电压接收放大模块电连接，所述电压接收放大模块与所述电压信号转数字信号模块电连接，所述电压信号转数字信号模块与所述监控电脑电连接。
为了更合理的检测盾体上的压力分布，如图2所示，所述压电陶瓷感应传感器一般是均匀的分布在盾体的周身。
压电陶瓷感应传感器最大的特性是其内部的压电陶瓷体具有压电性，包括正压电性和逆压电性。正压电性是指某些电介质在机械外力作用下，介质内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化，从而导致电介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与外力成正比，遵循公式：
压电陶瓷感应传感器的结构如图3所示，包括钢球201、可滑动钢板202、弹簧203、压电陶瓷体204、传感器引线205以及壳体206，在弹簧203的上、下两端均设置了可滑动钢板202，钢球201位于弹簧203上端的可滑动钢板203的上方，压电陶瓷体204位于弹簧203下端的可滑动钢板204的下方，传感器引线205与压电陶瓷体204连接。其中，钢球201作用是在隧道掘进机掘进时沿接触面滚动并传导受到的压力至弹簧203上端的可滑动钢板202。弹簧202作用是让钢球201处于顶点位置以便让钢球201接触到顶部土体、岩体并起缓冲作用。弹簧203下端的可滑动钢板202将弹簧203受到的压力均匀作用于压电陶瓷体204上，当压电陶瓷体204受压力不断变化产生电压变化，电压变化通过在传感器引线205后端连接的接收放大模块放大并转换为数字信号进入监控电脑，在监控电脑中可以将电压值得高低值对应不同的压力值，由于传感器在护盾中埋设的部位不同可以得到该部位的压力值，根据这些压力值调整隧道掘进机对应部位油缸的推力大小，使得隧道掘进机按照设定方向掘进。
隧道掘进机卡机往往是由于在穿越深部软弱地层时围岩收敛变形较大，围岩挤压护盾造成盾体上受到压力大，根据摩擦力公式f＝u*n(f摩擦力、u摩擦系数、n压力)，其推力小于摩擦力时产生卡机现象，在卡机后隧道掘进机脱困须减小引起卡机的摩擦力，根据传感器埋设在盾体不同部位可以得到不同部位的压力值，脱困时可以根据这些压力值找到最大压力的部位进行清除并成功脱困，同时本发明的装置也可以用在管片压力监测上。

Claims (3)

1.用于隧道掘进机盾体的压力感应系统，其特征在于，包括电压接收放大模块、电压信号转数字信号模块、监控电脑以及分布在盾体的周身上的压电陶瓷感应传感器；所述压电陶瓷感应传感器与所述电压接收放大模块电连接，所述电压接收放大模块与所述电压信号转数字信号模块电连接，所述电压信号转数字信号模块与所述监控电脑电连接；
所述压电陶瓷感应传感器包括钢球、可滑动钢板、弹簧、压电陶瓷体以及传感器引线，在所述弹簧的上、下两端均设置了所述可滑动钢板，所述钢球位于弹簧上端的可滑动钢板的上方，所述压电陶瓷体位于弹簧下端的可滑动钢板的下方，所述传感器引线与所述压电陶瓷体连接。
2.如权利要求1所述的用于隧道掘进机盾体的压力感应系统，其特征在于，所述压电陶瓷感应传感器均匀的分布在盾体的周身。
3.如权利要求2所述的用于隧道掘进机盾体的压力感应系统，其特征在于，在压电陶瓷感应传感器受到压力产生电压时，电压在通过电压接收放大模块后转为数字信号，数字信号进入监控电脑，监控电脑根据接收后电压变化值换算成盾体周边压力大小，同时根据压电陶瓷感应传感器设置的部位得到该部位的岩、土压力。
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