[发明专利]一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统与方法

权利要求书

1.一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：包括非接触式电极单元、多路回转接头、电极定位单元、供电与测量单元和控制单元，所述非接触式电极单元，包括多个布设于刀盘前面板上的非接触式电极，进行阵列式多路信息采集，所述电极定位单元设置于刀盘后面板中间位置，确定非接触式电极的旋转位置，进行实时定位；

所述非接触式电极包括非接触式供电电极和非接触式测量电极，所述非接触式供电电极，布置在刀盘的外侧，连接供电与测量单元，实现多路频域电流的输出，所述非接触式测量电极布置在供电电极内侧，实现阵列的测量电极采集；

所述多路回转接头设置于刀盘后端，包括转子和定子，其中，转子活动连接于定子上，所述转子上沿其中心圆周分布有若干个通道，通道内布设非接触式电极的连接电缆，所述定子中心处设有用于承载多芯电缆的电缆通道，所述连接电缆在定子内部通过滑环分别与多芯电缆的金属导线一一对应；

所述多路回转接头将每个非接触式电极的连接电缆汇聚为多芯电缆，通过供电与测量单元进行多路频域电流的输出与信号采集，所述控制单元连接供电与测量单元，根据不同的设定频域采集非接触式电极数据与刀盘电极的位置，进而进行三维反演处理与解译。

2.如权利要求1所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述供电与测量单元还连接有固定电极，在控制单元的控制下进行多频电流的发射与测量信号的采集，获取所述非接触式电极与所述固定电极之间的电势差。

3.如权利要求1所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述非接触式电极包括电极板，所述电极板的表面由金属氧化膜包裹，所述电极板位于由绝缘耐磨材料构成的框架外壳内，在所述电极板的背面设有电缆固定柱，所述电缆固定柱的周围设置橡胶塞。

4.如权利要求1所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述电极定位单元为旋转编码器，所述旋转编码器包括光栅式透光码盘和光电处理电路，所述光电处理电路通过光栅式透光码盘的角位移、角速度，确定非接触式电极位置，从而实现对刀盘旋转位移的记录，进而实现对刀盘非接触式电极的定位工作。

5.如权利要求4所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述光栅式透光码盘中心处设有转轴，所述光栅式透光码盘的边缘处均匀分布有透光式光栅，在所述光栅式透光码盘的一侧设有发光器件，发光器件和所述非接触式电极均随盾构机的刀盘旋转，在所述光栅式透光码盘的另一侧设有副光栅和光敏器件；所述发光器件发出的光透过光栅式透光码盘、副光栅的光栅被所述光敏器件接收。

6.如权利要求5所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述转轴内部放置所有非接触式电极的连接电缆。

7.如权利要求1所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述多芯电缆包括多根金属导线，每根金属导线外部包括有绝缘层，所有金属导线的外部包裹有编织层，编织层外包裹有护套。

8.如权利要求1所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述供电与测量单元包括多频供电输出模块、多路采集接收模块和控制模块，其中，所述控制模块控制多频供电输出模块、多路采集接收模块的工作，并连接有显示模块；

所述多频供电输出模块包括正弦波振荡器和单片机，所述单片机控制正弦波振荡器输出相应波形的交流电，向供电电极提供电能，实现多个频点电流的输出；所述正弦波振荡器连接有电路放大器，所述控制模块还连接有电压电流测量模块、过压过流保护模块和数据采集模块。

9.如权利要求8所述的一种盾构搭载的非接触式频域电法实时超前探测系统，其特征是：所述多路采集接收模块具体包括数据采样模块、输入保护模块、陷波器、整流滤波器和A/D转换器，其中，输入保护模块连接固定电极、非接触式电极的测量电极，依次通过数据采样模块、陷波器、整流滤波器和A/D转换器，测量得到各个测量电极的电势，获取非接触式电极和固定电极的测量电极之间的电势差；所述A/D转换器连接控制模块。