盾构机泥水仓可视化系统的制作方法

本公开涉及可视化检测，尤其涉及一种盾构机泥水仓可视化系统。

背景技术：

1、泥水平衡盾构机的泥水系统由泥浆回路和空气回路双重回路组成，现有技术中，模仿土仓可视化系统，采用摄像头进行泥水仓可视化，通常降低液位，使上端摄像头从泥水中露出，从而观察到泥水仓实际情况，这种方式效率低，而且对摄像头有一定损害，成本比较高。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的采用摄像头进行泥水仓可视化，对摄像头有一定损害，成本比较高技术问题，本公开提供一种盾构机泥水仓可视化系统。

2、在本公开实施例提供一种盾构机泥水仓可视化系统，包括：

3、超声波雷达探测发射天线、超声波雷达探测接收天线、超声波波形处理器、接收器和可视化终端；

4、其中，所述超声波波形处理器分别与所述超声波雷达探测发射天线和所述超声波雷达探测接收天线电缆连接，所述超声波波形处理器与所述接收器、所述接收器与可视化终端均通过有线通讯连接；

5、所述超声波雷达探测发射天线以及所述超声波雷达探测接收天线成对安装在所述盾构机的刀盘上；

6、所述可视化终端用于：

7、控制所述超声波雷达探测发射天线按照预设参数发射超声波，并控制所述超声波雷达探测接收天线进行所述超声波接收；

8、控制所述超声波波形处理器对所述超声波雷达探测接收天线接收到所述超声波进行模数转换，得到数字信号类型的波形数据；

9、将所述接收器接收的所述数字信号类型的波形数据进行解析，得到泥水仓内介质的分布图像，并对所述分布图像进行可视化显示。

10、在一种优选的方式中，所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线的成对布局是根据所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间的表面波距离、空间波距离和隔离度距离确定的；

11、其中，所述表面波距离是根据所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间受表面波的耦合强度影响确定的；

12、所述空间波距离是根据所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间空间波的耦合强度影响确定的；

13、所述隔离度距离是根据所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间受天线隔离度影响确定的。

14、在一种优选的方式中，所述表面波的耦合强度为：

15、

16、其中，m1为所述表面波的耦合强度，g1为表面波增益，r’1为所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间的第一物理距离。

17、在一种优选的方式中，所述空间波的耦合强度为：

18、

19、其中，m2为所述空间波的耦合强度，g2为自由空间波增益，r’2为所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间的第二物理距离，λ为超声波的波长。

20、在一种优选的方式中，所述天线隔离度为：

21、

22、其中，l为天线隔离度，单位db，pt为所述超声波雷达探测发射天线发射的超声波的发射频率，pr为所述超声波雷达探测接收天线接收的超声波的接收频率。

23、在一种优选的方式中，所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线的成对布局满足如下关系式：

24、

25、其中，gt(θ,φ)为所述超声波雷达探测发射天线的增益函数，gr(θ',φ')为所述超声波雷达探测接收天线的有效接收面积，r为所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线的成对布局距离；

26、其中，当表面波的耦合强度m1与空间波的耦合强度m2在数值上无限接近的情况下，所述第一物理距离r’1与所述第二物理距离r’2无限接近，在所述天线隔离度小于等于预设隔离度阈值的情况下，计算得到所述成对布局距离。

27、在一种优选的方式中，所述预设参数包括发射角度、起止时间、发射频率、重复次数中的至少一者。

28、在一种优选的方式中，所述盾构机泥水仓可视化系统还包括：声呐监测子系统；

29、其中，所述声呐监测子系统包括：换能器基阵以及处理器，所述换能器基阵与所述处理器、所述处理器与所述可视化终端通过有线通讯连接；

30、所述换能器基阵用于，根据所述可视化终端发送的监测指令，按球面波方式，根据预设的声源级和声呐工作频率发射声波，并接收返回的声波；将接收到的返回的声波转换为电脉冲；

31、所述处理器用于，对所述电脉冲按照波形进行区分，得到介质分布结果，所述介质分布结果用于在所述可视化终端进行展示。

32、在一种优选的方式中，所述可视化终端还用于：

33、在确定所述泥水仓为满仓的情况下，向所述换能器基阵发送所述监测指令；在确定所述泥水仓为非满仓的情况下，不向所述换能器基阵发送所述监测指令。

34、在一种优选的方式中，所述声呐工作频率是通过如下方式确定的：

35、

36、其中，fopt为所述声呐工作频率，单位为khz，rm为预设的最大作用距离，单位为km。

37、本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

38、根据波形反馈得出的图像处理，可以区分出泥水与砂石，从而获取泥水仓内介质的分布图像，实现泥水仓的可视化。而超声波雷达探测发射天线和超声波雷达探测接收天线相较于摄像头，不易损坏，降低了成本。

39、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线的成对布局是根据所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线之间的表面波距离、空间波距离和隔离度距离确定的；

3.根据权利要求2所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述表面波的耦合强度为：

4.根据权利要求3所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述空间波的耦合强度为：

5.根据权利要求4所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述天线隔离度为：

6.根据权利要求5所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述超声波雷达探测发射天线与所述超声波雷达探测接收天线的成对布局满足如下关系式：

7.根据权利要求1所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述预设参数包括发射角度、起止时间、发射频率、重复次数中的至少一者。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述盾构机泥水仓可视化系统还包括：声呐监测子系统；

9.根据权利要求8所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述可视化终端还用于：

10.根据权利要求8所述的盾构机泥水仓可视化系统，其特征在于，所述声呐工作频率是通过如下方式确定的：

技术总结
本公开涉及一种盾构机泥水仓可视化系统，包括：超声波雷达探测发射天线及接收天线、超声波波形处理器、接收器和可视化终端；超声波波形处理器与超声波雷达探测发射天线和超声波雷达探测接收天线电缆连接，超声波波形处理器与接收器、接收器与可视化终端通过有线通讯连接；超声波雷达探测发射天线和接收天线成对安装在盾构机的刀盘上；可视化终端用于控制超声波雷达探测发射天线按照预设参数发射超声波，并控制超声波雷达探测接收天线进行超声波接收，控制超声波波形处理器对接收到超声波进行模数转换，得到数字信号类型的波形数据，将数字信号类型的波形数据进行解析，得到泥水仓内介质的分布图像，对分布图像进行可视化显示。

技术研发人员：付凯凯,王慈航,杨甜甜,王龙驹,陆敏,焦虹雨,丁昊伦,俞富
受保护的技术使用者：中交天和机械设备制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15