一种用于TBM前端施工环境安全性的监测装置及其使用方法与流程

本发明涉及监测装置技术领域，具体为一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置及其使用方法。

背景技术：

tbm即全断面隧道掘进机，它分为敞开式隧道掘进机和护盾式隧道掘进机，掘进、支护、出渣等施工工序并行连续作业，是机、电、液、光、气等系统集成的工厂化流水线隧道施工装备，具有掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，可实现传统钻爆法难以实现的复杂地理地貌深埋长隧洞的施工，在中国铁道、水电、交通、矿山、市政等隧洞工程中应用正在迅猛增长。

当前对tbm前端施工环境进行安全性监测时，通常使用超声波探测器装置进行监测，而目前通常将超声波探测器装置固定安装在tbm两组撑靴的内侧，由于tbm工作期间会使得隧道内的温度升高，而隧道内也会存在水分，使得隧道内处于湿热环境，会对超声波探测器装置造成极大的腐蚀，影响超声波探测器装置的使用寿命；且由于tbm工作会使得隧道中温度升高，若不能及时对超声波探测器装置进行降温，也会极大地影响到超声波探测器装置的长时间运作；同时目前的超声波探测器装置多数固定安装在tbm两组撑靴的内侧，无法自动改变超声波探测器装置的面向方向，从而使得超声波探测器装置的监测范围十分有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的相关问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置，包括底板，所述底板顶部的中心位置处设置有转动轴，且转动轴的顶端安装有底盖仓，所述底盖仓的顶部安装有顶盖仓，所述顶盖仓顶部的中心位置处设置有除湿组件，所述顶盖仓内顶部的边缘位置处设置有冷却液仓，且冷却液仓内圈的底部安装有风扇，所述冷却液仓的内部均匀设置有热交换管，所述热交换管的一端延伸至冷却液仓的内圈部位，所述热交换管的另一端穿过冷却液仓的底部，所述底盖仓的内顶部设置有散热组件，所述底盖仓内底部的中心位置处安装有单片机，所述底盖仓的内侧安装有超声波探测器，所述底板顶部的边缘位置处开设有环形槽，且环形槽的内侧设置有环形齿条，所述底盖仓底部非圆心的位置处安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端穿过底盖仓并安装有与环形齿条相互啮合的齿轮，所述底盖仓外侧的底部安装有接头。

优选的，所述除湿组件包括密封盖、干燥包、圆锥体、侧板和筛板，所述顶盖仓顶部的中心位置处安装有密封盖，所述密封盖底部的中心位置处安装有圆锥体，所述密封盖底部非圆心的位置处均匀安装有侧板，且相邻两组侧板之间均匀安装有三组筛板，所述筛板的顶部设置有干燥包。

优选的，所述散热组件包括安装架、连接轴承、安装杆和散热片，所述底盖仓内侧的顶部安装有安装架，且安装架底端的中间位置处安装有连接轴承，所述连接轴承的内侧安装有安装杆，所述安装杆的外侧均匀安装有散热片。

优选的，所述顶盖仓外侧的底部安装有第一法兰盘，所述底盖仓外侧的顶部安装有第二法兰盘，且第一法兰盘和第二法兰盘通过固定螺栓固定连接。

优选的，所述顶盖仓内顶部非圆心的位置处安装有安装环，所述安装环的外侧和顶盖仓的内侧皆设置有环形架，且两组环形架上共同设置有环形过滤网，所述环形过滤网的底部均匀螺纹设置有固定螺丝，所述环形过滤网通过固定螺丝与环形架固定连接。

优选的，所述顶盖仓顶部非圆心的位置处开设有与密封盖相互配合的环形放置槽，所述密封盖顶部的边缘位置处均匀螺纹设置有螺钉，所述密封盖通过螺钉与环形放置槽的内底部固定连接，所述密封盖底部的边缘位置处设置有密封环。

优选的，所述底板底部的两端对称安装有支撑架，且支撑架外侧的底部设置有固定孔。

优选的，所述冷却液仓的顶部设置有注液口，且注液口的顶部螺纹设置有内螺纹盖。

优选的，所述密封盖顶部的中间位置处开设有弧形槽，且弧形槽的内部铰接有把手，而把手的外侧设置有防滑套。

优选的，一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置的使用方法，其使用方法步骤如下：

一、使用前将两组装置通过支撑架分别固定安装在tbm两组撑靴内侧的顶部，之后在tbm每前进一段距离，便通过tbm上的主控制台控制超声波探测器向tbm前端施工环境发射超声波，在回波接收后将信号传递给单片机，再由单片机将处理后的信息输送给tbm上的主控制台；

二、在需要对隧道周围施工环境进行监测时，通过控制伺服电机带动齿轮转动，从而让底盖仓和顶盖仓一同在底板的顶部转动固定的角度，以便于超声波探测器对施工隧道周围的土地环境进行更加精确监测；

三、在超声波探测器和单片机工作时，会产生较多的热量，控制风扇转动，利用风扇迫使顶盖仓和底盖仓之间空腔内的空气开始流动，带有热量的空气经过环形过滤网过滤后，进入到多组热交换管内部，过程中热交换管内部空气的热量被冷却液仓内部的冷却液吸走，之后空气进入到冷却液仓内圈部位的空腔中，空气中的水气被干燥包吸走；

四、之后风扇将降温除湿后的空气吹到多组散热片之间，对散热片和单片机进行风吹降温，最后带有热量的空气又重新进入到热交换管内部，形成空气的循环流动。

与现有技术相比，本发明提供了一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置及其使用方法，具备以下有益效果：

1、本发明通过顶盖仓、除湿组件、底盖仓和接头的配合使用，将单片机和超声波探测器密封在顶盖仓和底盖仓之间的空腔内，可以避免隧道中的湿热空气对单片机和超声波探测器造成腐蚀，且利用干燥包将顶盖仓和底盖仓之间空腔内空气中的水气吸走，也避免空腔中水气对单片机和超声波探测器造成影响，从而极大地保证了整个监测装置的使用寿命。

2、本发明通过顶盖仓、底盖仓、散热组件、冷却液仓、单片机、超声波探测器、热交换管和风扇的配合使用，利用风扇带动顶盖仓和底盖仓之间空腔内的空气开始流动，而散热片可以将单片机产生的热量吸走一部分，带有热量的空气经过冷却液仓内部的冷却液进行冷却后重新吹向散热片和单片机上，保证对单片机和超声波探测器的持续降温效果，使得单片机和超声波探测器可以长时间进行工作。

3、本发明通过顶盖仓、底盖仓、底板、转动轴、伺服电机、齿轮、环形齿条和环形槽的配合使用，在需要对隧道周围的环境进行监测时，控制伺服电机转动，从而让顶盖仓和底盖仓以转动轴为轴心转动固定的角度，让超声波探测器可以面向不同的方向，也就让整个监测装置的监测范围更广更准确。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的主视剖视图；

图3为本发明顶盖仓的仰视图；

图4为本发明底盖仓的俯视图；

图5为本发明除湿组件的仰视图；

图6为本发明顶盖仓的立体示意图；

图7为本发明图2的a处放大图。

图中：1、顶盖仓；2、除湿组件；201、密封盖；202、干燥包；203、圆锥体；204、侧板；205、筛板；3、底盖仓；4、接头；5、底板；6、转动轴；7、散热组件；701、安装架；702、连接轴承；703、安装杆；704、散热片；8、冷却液仓；9、环形过滤网；10、安装环；11、伺服电机；12、齿轮；13、单片机；14、环形齿条；15、环形槽；16、超声波探测器；17、热交换管；18、风扇。

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做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。

实施例一

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置，包括底板5，底板5顶部的中心位置处设置有转动轴6，且转动轴6的顶端安装有底盖仓3，底盖仓3的顶部安装有顶盖仓1，顶盖仓1顶部的中心位置处设置有除湿组件2，顶盖仓1内顶部的边缘位置处设置有冷却液仓8，且冷却液仓8内圈的底部安装有风扇18，冷却液仓8的内部均匀设置有热交换管17，热交换管17的一端延伸至冷却液仓8的内圈部位，热交换管17的另一端穿过冷却液仓8的底部，底盖仓3的内顶部设置有散热组件7，底盖仓3内底部的中心位置处安装有单片机13，底盖仓3的内侧安装有超声波探测器16，底板5顶部的边缘位置处开设有环形槽15，且环形槽15的内侧设置有环形齿条14，底盖仓3底部非圆心的位置处安装有伺服电机11，伺服电机11的输出端穿过底盖仓3并安装有与环形齿条14相互啮合的齿轮12，底盖仓3外侧的底部安装有接头4。

作为本实施例的优选方案：除湿组件2包括密封盖201、干燥包202、圆锥体203、侧板204和筛板205，顶盖仓1顶部的中心位置处安装有密封盖201，密封盖201底部的中心位置处安装有圆锥体203，密封盖201底部非圆心的位置处均匀安装有侧板204，且相邻两组侧板204之间均匀安装有三组筛板205，筛板205的顶部设置有干燥包202，可以将顶盖仓1和底盖仓3之间空腔中内空气中的水气吸附，避免水气影响到单片机13和超声波探测器16的使用寿命。

作为本实施例的优选方案：散热组件7包括安装架701、连接轴承702、安装杆703和散热片704，底盖仓3内侧的顶部安装有安装架701，且安装架701底端的中间位置处安装有连接轴承702，连接轴承702的内侧安装有安装杆703，安装杆703的外侧均匀安装有散热片704，有助于提高单片机13和超声波探测器16的散热效果。

作为本实施例的优选方案：顶盖仓1外侧的底部安装有第一法兰盘，底盖仓3外侧的顶部安装有第二法兰盘，且第一法兰盘和第二法兰盘通过固定螺栓固定连接，便于将顶盖仓1和底盖仓3拆分开，对内部的零件进行检修维护。

作为本实施例的优选方案：顶盖仓1内顶部非圆心的位置处安装有安装环10，安装环10的外侧和顶盖仓1的内侧皆设置有环形架，且两组环形架上共同设置有环形过滤网9，环形过滤网9的底部均匀螺纹设置有固定螺丝，环形过滤网9通过固定螺丝与环形架固定连接，便于对顶盖仓1和底盖仓3之间空腔内的空气进行过滤。

实施例二

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置，包括底板5，底板5顶部的中心位置处设置有转动轴6，且转动轴6的顶端安装有底盖仓3，底盖仓3的顶部安装有顶盖仓1，顶盖仓1顶部的中心位置处设置有除湿组件2，顶盖仓1内顶部的边缘位置处设置有冷却液仓8，且冷却液仓8内圈的底部安装有风扇18，冷却液仓8的内部均匀设置有热交换管17，热交换管17的一端延伸至冷却液仓8的内圈部位，热交换管17的另一端穿过冷却液仓8的底部，底盖仓3的内顶部设置有散热组件7，底盖仓3内底部的中心位置处安装有单片机13，底盖仓3的内侧安装有超声波探测器16，底板5顶部的边缘位置处开设有环形槽15，且环形槽15的内侧设置有环形齿条14，底盖仓3底部非圆心的位置处安装有伺服电机11，伺服电机11的输出端穿过底盖仓3并安装有与环形齿条14相互啮合的齿轮12，底盖仓3外侧的底部安装有接头4。

作为本实施例的优选方案：除湿组件2包括密封盖201、干燥包202、圆锥体203、侧板204和筛板205，顶盖仓1顶部的中心位置处安装有密封盖201，密封盖201底部的中心位置处安装有圆锥体203，密封盖201底部非圆心的位置处均匀安装有侧板204，且相邻两组侧板204之间均匀安装有三组筛板205，筛板205的顶部设置有干燥包202，可以将顶盖仓1和底盖仓3之间空腔中内空气中的水气吸附，避免水气影响到单片机13和超声波探测器16的使用寿命。

作为本实施例的优选方案：散热组件7包括安装架701、连接轴承702、安装杆703和散热片704，底盖仓3内侧的顶部安装有安装架701，且安装架701底端的中间位置处安装有连接轴承702，连接轴承702的内侧安装有安装杆703，安装杆703的外侧均匀安装有散热片704，有助于提高单片机13和超声波探测器16的散热效果。

作为本实施例的优选方案：顶盖仓1外侧的底部安装有第一法兰盘，底盖仓3外侧的顶部安装有第二法兰盘，且第一法兰盘和第二法兰盘通过固定螺栓固定连接，便于将顶盖仓1和底盖仓3拆分开，对内部的零件进行检修维护。

作为本实施例的优选方案：顶盖仓1内顶部非圆心的位置处安装有安装环10，安装环10的外侧和顶盖仓1的内侧皆设置有环形架，且两组环形架上共同设置有环形过滤网9，环形过滤网9的底部均匀螺纹设置有固定螺丝，环形过滤网9通过固定螺丝与环形架固定连接，便于对顶盖仓1和底盖仓3之间空腔内的空气进行过滤。

作为本实施例的优选方案：顶盖仓1顶部非圆心的位置处开设有与密封盖201相互配合的环形放置槽，密封盖201顶部的边缘位置处均匀螺纹设置有螺钉，密封盖201通过螺钉与环形放置槽的内底部固定连接，密封盖201底部的边缘位置处设置有密封环，有助于提高顶盖仓1和底盖仓3之间空腔的密封性。

作为本实施例的优选方案：底板5底部的两端对称安装有支撑架，且支撑架外侧的底部设置有固定孔，便于将整个装置固定安装在tbm两组撑靴的内侧。

作为本实施例的优选方案：冷却液仓8的顶部设置有注液口，且注液口的顶部螺纹设置有内螺纹盖，便于及时向冷却液仓8的内部补充冷却液。

作为本实施例的优选方案：密封盖201顶部的中间位置处开设有弧形槽，且弧形槽的内部铰接有把手，而把手的外侧设置有防滑套，可以手动将除湿组件2从顶盖仓1内部取出，从而便于对干燥包202进行更换。

作为本实施例的优选方案：一种用于tbm前端施工环境安全性的监测装置的使用方法，其使用方法步骤如下：

一、使用前将两组装置通过支撑架分别固定安装在tbm两组撑靴内侧的顶部，之后在tbm每前进一段距离，便通过tbm上的主控制台控制超声波探测器16向tbm前端施工环境发射超声波，在回波接收后将信号传递给单片机13，再由单片机13将处理后的信息输送给tbm上的主控制台；

二、在需要对隧道周围施工环境进行监测时，通过控制伺服电机11带动齿轮12转动，从而让底盖仓3和顶盖仓1一同在底板5的顶部转动固定的角度，以便于超声波探测器16对施工隧道周围的土地环境进行更加精确监测；

三、在超声波探测器16和单片机13工作时，会产生较多的热量，控制风扇18转动，利用风扇18迫使顶盖仓1和底盖仓3之间空腔内的空气开始流动，带有热量的空气经过环形过滤网9过滤后，进入到多组热交换管17内部，过程中热交换管17内部空气的热量被冷却液仓8内部的冷却液吸走，之后空气进入到冷却液仓8内圈部位的空腔中，空气中的水气被干燥包202吸走；

四、之后风扇18将降温除湿后的空气吹到多组散热片704之间，对散热片704和单片机13进行风吹降温，最后带有热量的空气又重新进入到热交换管17内部，形成空气的循环流动。

工作原理：使用前将装置接通电源，然后将两组装置通过支撑架分别固定安装在tbm两组撑靴内侧的顶部，之后tbm每前进一段距离，便通过tbm上的主控制台控制超声波探测器16向tbm前端施工环境发射超声波，在回波接收后将信号传递给单片机13，再由单片机13将处理后的信息输送给tbm上的主控制台；在需要对隧道周围施工环境进行监测时，通过控制伺服电机11带动齿轮12转动，从而让底盖仓3和顶盖仓1一同在底板5的顶部转动固定的角度，以便于超声波探测器16对施工隧道周围的土地环境进行更加精确监测，在超声波探测器16面向tbm前端方向时，便可以对tbm前端的施工环境进行监测；由于超声波探测器16和单片机13工作时会产生较多的热量，此时控制风扇18转动，利用风扇18迫使顶盖仓1和底盖仓3之间空腔内的空气开始流动，带有热量的空气经过环形过滤网9过滤后，进入到多组热交换管17内部，在此过程中，热交换管17内部空气的热量被冷却液仓8内部的冷却液吸走，之后空气进入到冷却液仓8内圈部位的空腔中，空气中的水气在经过干燥包202后被干燥包202吸走，之后风扇18将降温除湿后的空气吹到多组散热片704之间，对散热片704和单片机13进行风吹降温，最后带有热量的空气又重新进入到热交换管17内部，形成空气的循环流动；当需要对顶盖仓1和底盖仓3内部的零件进行检修维护时，拧开顶盖仓1和底盖仓3外侧法兰盘上固定螺栓，将顶盖仓1和底盖仓3拆分开，而若是更换干燥包202，则拧开密封盖201顶部的螺钉，将整个除湿组件2从顶盖仓1的内部取出，接着将筛板205上的干燥包202进行更换。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

该文中出现的电器元件均与外界的主控器及220v市电电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。