CN115032683A - 一种超声波围岩裂隙探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种超声波围岩裂隙探测装置，涉及裂隙检测装置技术领域，包括一对探测部和一控制部，每一探测部上均安装有超声波换能器、气囊和动力机构，每一气囊均连通有鼓风机，其中一探测部上均安装有安装座，安装座上可拆卸安装有杂物清理机构，安装座与探测部之间安装有活动机构，另一探测部内贯穿安装有通水管，本发明采用了分体式设置的两探测部，同时增设了动力源和杂物清理机构，提高了探测装置使用的灵活性，保证了探测数据的准确性，而且取消了外部气源，方便了探测部在钻孔内的运动。

Description

一种超声波围岩裂隙探测装置

技术领域

本发明涉及裂隙检测装置技术领域，尤其是涉及一种超声波围岩裂隙探测装置。

背景技术

在隧道工程施工过程中，裂隙是影响围岩稳定性的重要因素之一，轻则会影响到工程的正常施工，重则会引发围岩的脆性劈裂、岩爆以及突涌水灾害等，甚至造成严重的安全事故和巨大的经济损失。

在专利申请号为201410422850.0的中国发明专利中，提出了一种井下岩体裂隙钻孔超声波探测装置和系统，该专利主要存在以下问题：第一是在裂隙内部可能会存在小石子等杂物，而该专利不具备对裂隙内杂物进行清理的结构，因而会对裂隙的探测数据造成一定影响；第二是该专利不具备动力源，将两个探测部连接在一起后，通过钻机等其他工具来将其推入到钻孔内的预定位置处，使用起来不太方便，而且探测装置进入到钻孔内后，两探测部之间的间距就不能进行调整了，使用的灵活性差；第三是该专利中需要连接外部气源来对气囊进行充气，使得整个探测装置的管路连接比较复杂，在将其推入到钻孔内部时，容易影响推入操作。

因此，需要一种能够解决上述问题的一种超声波围岩裂隙探测装置。

发明内容

本发明提出一种超声波围岩裂隙探测装置，采用了分体式设置的两探测部，同时增设了动力源和杂物清理机构，提高了探测装置使用的灵活性，保证了探测数据的准确性，而且取消了外部气源，方便了探测部在钻孔内的运动。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种超声波围岩裂隙探测装置，包括一对探测部，两所述探测部同轴设置，每一所述探测部内均安装有一用于对裂隙进行探测的超声波换能器，每一所述探测部的外壁上均安装有一对气囊，每一对所述气囊均共同连通有一鼓风机，每一所述鼓风机均设置于对应所述探测部内，每一对所述气囊之间均安装有一用于驱动所述探测部行进的动力机构；

其中一所述探测部远离另一所述探测部的一端安装有安装座，所述安装座的一端伸出对应所述探测部的端部，所述安装座伸出所述探测部的一端可拆卸安装有杂物清理机构，所述安装座与所述探测部之间安装有一活动机构，另一所述探测部内贯穿安装有一通水管，所述通水管的进水端伸出该所述探测部远离另一探测部的一端，所述通水管的出水端伸出该所述探测部靠近另一探测部的一端；

还包括一控制部。

作为一种优选的技术方案，所述控制部包括处理器，每一所述探测部上均安装有一测距元件，每一所述测距元件均与另一所述测距元件相适配，每一所述测距元件、超声波换能器和鼓风机均与所述处理器相连接，两所述超声波换能器共同连接有一超声波探测仪。

作为一种优选的技术方案，所述杂物清理机构包括清理壳体，所述清理壳体的侧壁上设有若干个清理吸口，所述清理壳体内部设有一存放腔，所述存放腔的侧壁上设有若干个进渣口，每一所述进渣口均与所述清理吸口相对应，所述存放腔连通有一引风机，所述存放腔的外侧旋转安装有一旋转筒体，所述旋转筒体的侧壁上设有一连通开口，每一所述清理吸口和进渣口均与所述连通开口相适配，所述清理壳体内部安装有第一减速电机，所述第一减速电机的电机轴上固定安装有第一驱动齿轮，所述旋转筒体上安装有第一从动齿圈，所述第一从动齿圈与所述第一驱动齿轮相啮合，所述第一减速电机和引风机均与所述处理器相连接。

作为一种优选的技术方案，所述活动机构包括旋转安装于对应所述探测部内的旋转座，所述旋转座上安装有第一电动推杆，所述第一电动推杆沿所述旋转座的轴向延伸，所述第一电动推杆的另一端与所述安装座相连接，所述旋转座的一侧设置有第二减速电机，所述第二减速电机的电机轴上安装有第二驱动齿轮，所述旋转座上固定安装有第二从动齿圈，所述第二从动齿圈与所述第二驱动齿轮相啮合，所述第二从动齿轮还啮合有若干个传动齿轮，所述第一电动推杆和第二减速电机均与所述处理器电性连接。

作为一种优选的技术方案，所述动力机构包括第一滑动座和第二滑动座，每一所述探测部的外壁上均滑动安装有一第一滑动座和第二滑动座，所述第一滑动座和第二滑动座的外侧设置有若干个履带架，每一所述履带架上均安装有一履带，所述履带呈环形排布设置，每一所述履带均传动连接有一驱动电机，每一所述履带与所述第一滑动座之间均共同铰接有一第一连杆，每一所述履带与所述第二滑动座之间均共同铰接有一第二连杆，每一所述第一滑动座和第二滑动座均连接有一第二电动推杆，每一所述驱动电机和第二电动推杆均与所述处理器相连接。

作为一种优选的技术方案，每一所述气囊的外壁上均安装有压力传感器，每一所述压力传感器均与所述处理器相连接。

作为一种优选的技术方案，所述清理壳体以螺纹连接的方式与所述安装座可拆卸安装在一起。

作为一种优选的技术方案，每一所述气囊均连通有一鼓风管，每一所述鼓风管均与对应所述鼓风机的出风端相连通，每一所述鼓风机的出风端均安装有一电磁阀，每一所述电磁阀均与所述处理器相连接。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果为：

由于超声波围岩裂隙探测装置包括一对探测部，每一探测部上均安装有动力机构，在本发明中，动力机构作为探测部的动力源，通过动力机构中的驱动电机带动履带进行旋转，通过履带来带动探测部在钻孔内进行运动，使两探测部分别行进到预定的探测位置上，相较于现有技术中两探测部进行刚性连接的结构，本发明中的两探测部为分体式设置，同时在探测部上增设了动力机构来作为动力源，因而在探测部进入到钻孔内部以后，不仅方便了探测部在钻孔内的运动，而且也可以根据实际的探测需要对两探测部的位置进行灵活调整，从而提高了探测装置使用的灵活性。

由于其中一探测部上安装有杂物清理机构，在本发明中，对裂隙一侧的位置进行钻孔的过程中，可能会有少量的小石子、泥浆等杂物进入到裂隙内，本发明利用杂物清理机构对掉落到裂隙内的杂物进行清理，避免了因裂隙中存在杂物而影响超声波换能器探测数据的情况发生，从而保证了探测装置探测到数据的准确性。

由于杂物清理机构通过安装座与探测部安装在一起，安装座与探测部之间安装有一活动机构，在本发明中，活动机构不仅可以带动杂物清理机构进行轴向上的小距离位移，还可以带动杂物清理机构进行旋转，从而使杂物清理机构中的清理吸口能够准确的对准裂隙，进而实现了对裂隙中的杂物的快速吸引清理，保证了探测数据的准确性。

由于每一探测部的外壁上均安装有一对气囊，每一对气囊均共同连通有一鼓风机，在本发明中，使用鼓风机作为气囊的气源，当探测部行进到预定的探测位置后，即可启动鼓风机对气囊内部进行充气，取消了用于对气囊进行充气的外部气源，从而降低了探测装置管路连接的复杂性，更加方便了探测部在钻孔内的运动，进而便于探测部在钻孔内部的位置调节，提高了探测装置使用的灵活性。

由于动力机构包括第一滑动座和第二滑动座，第一滑动座和第二滑动座的外侧设置有若干个履带架，每一履带架上均安装有一履带，在本发明中，履带与探测部之间的距离可以根据钻孔的直径来进行调整，使履带能够紧密抵靠在钻孔的内壁上，带动整个探测部进行运动，从而提高了探测装置使用的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为其中一探测部的结构示意图；

图3为另一探测部的结构示意图；

图4为图2中A处的结构放大图；

图5为本发明中控制部的连接示意图。

其中：1、探测部；2、超声波换能器；3、气囊；4、鼓风机；5、钻孔；6、安装座；7、通水管；8、裂隙；9、处理器；10、测距元件；11、超声波探测仪；12、清理壳体；13、清理吸口；14、存放腔；15、进渣口；16、引风机；17、连通开口；18、第一减速电机；19、第一驱动齿轮；20、第一从动齿圈；21、旋转座；22、第一电动推杆；23、第二减速电机；24、第二驱动齿轮；25、第二从动齿圈；26、传动齿轮；27、第一滑动座；28、第二滑动座；29、履带架；30、履带；31、驱动电机；32、第一连杆；33、第二连杆；34、第二电动推杆；35、压力传感器；36、鼓风管；37、电磁阀；38、旋转筒体。

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，所描述的实施例仅仅是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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，一种超声波围岩裂隙探测装置，包括一对探测部1，两所述探测部1同轴设置，每一探测部1内均安装有一用于对裂隙8进行探测的超声波换能器2，每一探测部1的外壁上均安装有一对气囊3，每一对气囊3均共同连通有一鼓风机4，每一鼓风机4均设置于对应探测部1内，每一对气囊3之间均安装有一用于驱动探测部1行进的动力机构，在本发明中，两个探测部1进行分体式设置，同时每一探测部1上均增设了动力机构，使用动力机构来作为探测部1的动力源，不仅方便了探测部1深入钻孔5内部进行运动，而且也可以根据实际的探测需要，来对两探测部1之间的间距进行灵活调整，从而提高了探测装置使用的灵活性。

其中一探测部1远离另一探测部1的一端安装有安装座6，安装座6活动安装于对应探测部1内，安装座6的一端伸出对应探测部1的端部，安装座6伸出探测部1的一端可拆卸安装有杂物清理机构，安装座6与探测部1之间安装有一活动机构，另一探测部1内贯穿安装有一通水管7，通水管7的进水端伸出该探测部1远离另一探测部1的一端，通水管7的出水端伸出该探测部1靠近另一探测部1的一端，在本发明中，在进行钻孔的过程中，可能会有少量的小石子、泥浆等杂物进入到裂隙8内，本发明利用杂物清理机构对掉落到裂隙8内的杂物进行清理，避免了因裂隙8中存在杂物而影响超声波换能器2的探测结果，从而保证了探测数据的准确性。

本发明还包括一控制部。

其中，控制部包括处理器9，每一探测部1上均安装有一测距元件10，每一测距元件10均与另一测距元件10相适配，每一测距元件10、超声波换能器2和鼓风机4均与处理器9相连接，两超声波换能器2共同连接有一超声波探测仪11，在本实施例中，气囊3可以采用高性能的橡胶材料制成，超声波换能器2可以采用山东鑫煤矿山设备集团有限公司生产的CT-BA-Ⅱ型号超声波围岩裂隙探测仪中所使用的探头，超声波探测仪11可以采用上述超声波围岩裂隙探测仪中所使用的主机，两测距元件10可以采用基恩士生产的IL-030型号的CMOS激光位移传感器，处理器9可以采用意式半导体集团的STM32F103C8型号的单片机。

如图1和图2所示，杂物清理机构包括清理壳体12，清理壳体12的侧壁上设有若干个清理吸口13，清理壳体12内部设有一存放腔14，存放腔14的侧壁上设有若干个进渣口15，每一进渣口15均与清理吸口13相对应，存放腔14连通有一引风机16，存放腔14的外侧旋转安装有一旋转筒体38，旋转筒体38的侧壁上设有一连通开口17，每一清理吸口13和进渣口15均与连通开口17相适配，清理壳体12内部安装有第一减速电机18，第一减速电机18的电机轴上固定安装有第一驱动齿轮19，旋转筒体38上安装有第一从动齿圈20，第一从动齿圈20与第一驱动齿轮19相啮合，第一减速电机18和引风机16均与处理器9相连接。

如图1、图2和图4所示，活动机构包括旋转安装于对应探测部1内的旋转座21，旋转座21上安装有第一电动推杆22，第一电动推杆22沿旋转座21的轴向延伸，第一电动推杆22的另一端与安装座6相连接，旋转座21的一侧设置有第二减速电机23，第二减速电机23的电机轴上安装有第二驱动齿轮24，旋转座21上固定安装有第二从动齿圈25，第二从动齿圈25与第二驱动齿轮24相啮合，第二从动齿轮还啮合有若干个传动齿轮26，第一电动推杆22和第二减速电机23均与处理器9电性连接，在本发明中，通过活动机构不仅可以带动杂物清理机构进行轴向上的小距离位移，还可以带动杂物清理机构进行旋转，从而使杂物清理机构中的清理吸口13能够准确的对准裂隙8，进而实现了对裂隙8中的杂物的快速吸引清理，保证了探测数据的准确性。

而且，动力机构包括第一滑动座27和第二滑动座28，每一探测部1的外壁上均滑动安装有一第一滑动座27和第二滑动座28，第一滑动座27和第二滑动座28的外侧设置有若干个履带架29，每一履带架29上均安装有一履带30，履带30呈环形排布设置，每一履带30均传动连接有一驱动电机31，在本实施例中，驱动电机31与履带30之间的安装、连接和驱动关系为现有技术，在此不再赘述；每一履带30与第一滑动座27之间均共同铰接有一第一连杆32，每一履带30与第二滑动座28之间均共同铰接有一第二连杆33，每一第一滑动座27和第二滑动座28均连接有一第二电动推杆34，每一驱动电机31和第二电动推杆34均与处理器9相连接，在本发明中，履带30与探测部1之间的距离可以根据钻孔5的直径来进行调整，使履带30能够紧密抵靠在钻孔5的内壁上，带动整个探测部1进行运动，从而提高了探测装置使用的灵活性。

此外，每一气囊3的外壁上均安装有压力传感器35，每一压力传感器35均与处理器9相连接，在本实施例中，压力传感器35可以采用施得福测控技术（上海）有限公司生产的RPT8100系列的压力传感器。

清理壳体12以螺纹连接的方式与安装座6可拆卸安装在一起。

每一气囊3均连通有一鼓风管36，每一鼓风管36均与对应鼓风机4的出风端相连通，每一鼓风机4的出风端均安装有一电磁阀37，每一电磁阀37均与处理器9相连接。

使用本发明对围岩中的裂隙8进行跨缝探测的方法如下：

第一步，在围岩中裂隙8的一侧进行钻孔，使得钻孔5的位置位于裂隙8的一侧，然后将探测装置连接好；

第二步，将安装有杂物清理机构的探测部1放入到钻孔5内，启动第二电动推杆34，利用第二电动推杆34带动第一滑动座27和第二滑动座28进行移动，来对履带架29与探测部1之间的间距进行调整，从而将履带30贴紧在钻孔5的孔壁上，之后即可启动探测部1上的驱动电机31，利用履带30来带动探测部1向前行进；

第三步，当探测部1上的杂物清理机构移动到裂隙8的位置时，控制驱动电机31停止，然后控制第一电动推杆22、第一减速电机18和第二减速电机23启动，第一电动推杆22带动安装座6和清理壳体12进行水平移动，使清理吸口13的位置与裂隙8的位置平齐，第二减速电机23带动旋转座21、安装座6和清理壳体12进行旋转，使其中一清理吸口13对准裂隙8，第一减速电机18带动旋转筒体38进行旋转，使连通开口17与对应的清理吸口13和进渣口15相对齐；

第四步，控制引风机16启动，对裂隙8内的杂物进行吸引，将杂物通过清理吸口13、连通开口17和进渣口15吸入到存放腔14内，实现对裂隙8内杂物的清理，完成清理工作后，控制第一减速电机18启动，带动旋转筒体38继续旋转，使连通开口17转动到与清理吸口13和进渣口15交错的设置上，同时控制引风机16停止；

第五步，控制驱动电机31再次启动，使探测部1继续向前移动到对应的探测位置上，然后控制驱动电机31停止，之后再将另一探测部1放入到钻孔5内，调整好履带30的位置后，控制该探测部1上的驱动电机31启动，利用履带30将该探测部1带动到预定的探测位置上，当两测距元件10检测到两探测部1之间的距离达到预设值时，控制驱动电机31停止，使两探测部1分别设置于裂隙8的两侧；

第六步，控制鼓风机4启动、电磁阀37打开，利用鼓风机4对气囊3进行充气，使气囊3膨胀并抵靠在钻孔5的孔壁上，当压力传感器35检测到预设的压力数据时，控制电磁阀37关闭、鼓风机4停止，利用气囊3在两探测部1之间形成一密封段；

第七步，通过通水管7向该密封段内通入水，将水作为工作介质或者超声波耦合液，控制两超声波换能器2同时启动，来对位于该密封段内的裂隙8进行超声波探测，探测到的数据会被传输到超声波探测仪11，利用超声波探测仪11对探测到的数据进行处理、分析和计算，最终得到的数据结果被传输到操作人员的电脑终端上。

综上，本发明提出的超声波围岩裂隙探测装置，采用了分体式设置的两探测部1，同时增设了动力源和杂物清理机构，提高了探测装置使用的灵活性，保证了探测数据的准确性，而且取消了外部气源，方便了探测部1在钻孔5内的运动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超声波围岩裂隙探测装置，包括一对探测部，其特征在于，两所述探测部同轴设置，每一所述探测部内均安装有一用于对裂隙进行探测的超声波换能器，每一所述探测部的外壁上均安装有一对气囊，每一对所述气囊均共同连通有一鼓风机，每一所述鼓风机均设置于对应所述探测部内，每一对所述气囊之间均安装有一用于驱动所述探测部行进的动力机构；

其中一所述探测部远离另一所述探测部的一端安装有安装座，所述安装座的一端伸出对应所述探测部的端部，所述安装座伸出所述探测部的一端可拆卸安装有杂物清理机构，所述安装座与所述探测部之间安装有一活动机构，另一所述探测部内贯穿安装有一通水管，所述通水管的进水端伸出该所述探测部远离另一探测部的一端，所述通水管的出水端伸出该所述探测部靠近另一探测部的一端；

还包括一控制部。

2.根据权利要求1所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，所述控制部包括处理器，每一所述探测部上均安装有一测距元件，每一所述测距元件均与另一所述测距元件相适配，每一所述测距元件、超声波换能器和鼓风机均与所述处理器相连接，两所述超声波换能器共同连接有一超声波探测仪。

3.根据权利要求2所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，所述杂物清理机构包括清理壳体，所述清理壳体的侧壁上设有若干个清理吸口，所述清理壳体内部设有一存放腔，所述存放腔的侧壁上设有若干个进渣口，每一所述进渣口均与所述清理吸口相对应，所述存放腔连通有一引风机，所述存放腔的外侧旋转安装有一旋转筒体，所述旋转筒体的侧壁上设有一连通开口，每一所述清理吸口和进渣口均与所述连通开口相适配，所述清理壳体内部安装有第一减速电机，所述第一减速电机的电机轴上固定安装有第一驱动齿轮，所述旋转筒体上安装有第一从动齿圈，所述第一从动齿圈与所述第一驱动齿轮相啮合，所述第一减速电机和引风机均与所述处理器相连接。

4.根据权利要求3所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，所述活动机构包括旋转安装于对应所述探测部内的旋转座，所述旋转座上安装有第一电动推杆，所述第一电动推杆沿所述旋转座的轴向延伸，所述第一电动推杆的另一端与所述安装座相连接，所述旋转座的一侧设置有第二减速电机，所述第二减速电机的电机轴上安装有第二驱动齿轮，所述旋转座上固定安装有第二从动齿圈，所述第二从动齿圈与所述第二驱动齿轮相啮合，所述第二从动齿轮还啮合有若干个传动齿轮，所述第一电动推杆和第二减速电机均与所述处理器电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，所述动力机构包括第一滑动座和第二滑动座，每一所述探测部的外壁上均滑动安装有一第一滑动座和第二滑动座，所述第一滑动座和第二滑动座的外侧设置有若干个履带架，每一所述履带架上均安装有一履带，所述履带呈环形排布设置，每一所述履带均传动连接有一驱动电机，每一所述履带与所述第一滑动座之间均共同铰接有一第一连杆，每一所述履带与所述第二滑动座之间均共同铰接有一第二连杆，每一所述第一滑动座和第二滑动座均连接有一第二电动推杆，每一所述驱动电机和第二电动推杆均与所述处理器相连接。

6.根据权利要求5所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，每一所述气囊的外壁上均安装有压力传感器，每一所述压力传感器均与所述处理器相连接。

7.根据权利要求6所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，所述清理壳体以螺纹连接的方式与所述安装座可拆卸安装在一起。

8.根据权利要求7所述的一种超声波围岩裂隙探测装置，其特征在于，每一所述气囊均连通有一鼓风管，每一所述鼓风管均与对应所述鼓风机的出风端相连通，每一所述鼓风机的出风端均安装有一电磁阀，每一所述电磁阀均与所述处理器相连接。

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