[发明专利]水平导向钻随钻探测预警声波激励与信号处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水平导向钻随钻探测预警声波激励与信号处理系统。

背景技术

水平导向钻是城市市政建设中的一种非开挖施工设备，由于其施工过程“不可见”，必须事先准确了解现有地下管线的准确分布，否则很容易破坏地下现有管线，带来施工事故。

目前，一般采用地面工作的物探设备来探测地下管线的分布情况，如探地雷达、地下管线探测仪等。但由于探测原理的限制，在地下水丰富、管线分布复杂的场合，会存在一定的探测盲区。另外，地面探测设备的探测过程与水平导向的施工过程严重脱节，对施工过程中可能出现的危险无能为力，不能在出现危险时给钻机操作人员及时报警，以便采取适当的措施，避免事故发生。

目前，探测地下物体的方法有很多，比较常用的是电磁感应法、微波反射法和地震波法。电磁感应法容易受到地下和地表杂散电磁场的影响，微波反射法在土壤含水量较大的情况下，信号衰减严重，地震波法所需信号频率低，一般采用激振锤或小当量炸药来激发地震波信号，在随钻探测时不具备使用条件。

发明内容

为避免上述问题的发生，本发明在水平导向钻导向板或回括器与钻杆之间加装水平导向钻随钻探测预警声波激励与信号处理系统，采用表面波探测技术来探测地下障碍物的位置，并在遇到危险时向操作人员报警。

为了达到上述目的，本发明提供一种水平导向钻随钻探测预警声波激励与信号处理系统，包含控制器、电路连接所述控制器的声波信号激发模块和探测信号采集模块、还包含电路连接所述控制器的电源模块、以及连接所述控制器的高速数据传输模块，该高速数据传输模块与地面数据处理系统相连；

所述的控制器包含电路连接的微处理器MPU和逻辑控制电路FPGA(现场可编程门阵列)；

所述的声波信号激发模块包含电路连接所述微处理器MPU和逻辑控制电路FPGA的D/A转换模块、电路连接所述D/A转换模块的信号隔离与功率放大模块、以及电路连接所述信号隔离与功率放大模块的发射探头；

所述探测信号采集模块包含电路连接所述微处理器MPU和逻辑控制电路FPGA的A/D转换模块、电路连接所述A/D转换模块的信号调理电路、以及电路连接所述信号调理电路的若干接收探头；

当进行随钻探测时，控制器通过高速数据传输模块接收地面数据处理系统发出的指令和预定的激励信号，经D/A转换模块转换后输出一定频率范围、一定幅值形状的模拟信号，经功率放大后，驱动发射探头发射声波信号，同时，接收探头接收水平导向钻回括器或导向板附近的土体响应信号，经A/D转换模块采样后，打包压缩后通过高速数据传输模块发送到地面数据处理系统进行分析处理。

本发明具有以下优点：

1、可灵活配置各种激励信号，方便土体响应信号的解算；

2、采用共模放大电路，抑制土体中各种杂散信号的干扰。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1，具体说明本发明的较佳实施方式：

如图1所示，本发明提供一种水平导向钻随钻探测预警声波激励与信号处理系统，包含控制器、电路连接所述控制器的声波信号激发模块和探测信号采集模块、还包含电路连接所述控制器的电源模块、以及连接所述控制器的高速数据传输模块，该高速数据传输模块与地面数据处理系统相连；

所述的控制器包含电路连接的微处理器MPU(型号：C8051F047)4和逻辑控制电路FPGA9；

所述的声波信号激发模块包含电路连接所述微处理器MPU4和逻辑控制电路FPGA9的12位D/A转换模块(型号：LTC2631)3、电路连接所述D/A转换模块3的信号隔离与功率放大模块2、以及电路连接所述信号隔离与功率放大模块2的大磁致伸缩材料声波发射探头1；

所述探测信号采集模块包含电路连接所述微处理器MPU4和逻辑控制电路FPGA9的12位A/D转换模块(型号：AD574)8、电路连接所述A/D转换模块8的信号调理电路7、以及电路连接所述信号调理电路7的两个宽频带检波器接收探头5、6；

当进行随钻探测时，控制器通过高速数据传输模块接收地面数据处理系统发出的指令和预定的激励信号，经D/A转换模块转换后输出一定频率范围、一定幅值形状的模拟信号，经功率放大后，驱动发射探头发射声波信号，同时，接收探头接收水平导向钻回括器或导向板附近的土体响应信号，经A/D转换模块采样后，打包压缩后通过高速数据传输模块发送到地面数据处理系统进行分析处理。