本實(shí)用新型涉及盾構(gòu)機(jī)刀具技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測的傳感器及盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置、盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)(簡稱盾構(gòu)機(jī))是用于隧道、地鐵建設(shè)的大型裝備。在盾構(gòu)機(jī)的施工中，刀具是掘進(jìn)過程中最重要的工具之一，在刀具到達(dá)磨損極限之前，必須更換刀具，否則可能造成災(zāi)難性的工程事故。因此能否準(zhǔn)確檢查盾構(gòu)機(jī)刀具磨損的情況直接關(guān)系到隧道施工能否正常進(jìn)行。

目前對盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量的檢測方法主要有：停機(jī)檢查法、閾值檢測法、掘進(jìn)參數(shù)估計(jì)法和在線檢測法等。

停機(jī)檢查法是在停機(jī)狀態(tài)下由施工人員進(jìn)入刀盤部位進(jìn)行檢查以及實(shí)施操作，該方式的檢查方式雖然直觀，但頻繁停機(jī)可能造成因周邊土體失穩(wěn)引發(fā)重大事故。

閾值檢測法主要利用添加在刀具內(nèi)的金屬探頭或液體等判斷刀具磨損狀態(tài)，但是這種方法只有在磨損量達(dá)到磨損極限時(shí)才能有效，不能實(shí)現(xiàn)對刀具磨損的實(shí)時(shí)檢測。

掘進(jìn)參數(shù)估計(jì)法，其主要是由理想地質(zhì)條件是掘進(jìn)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)曲線或由半經(jīng)驗(yàn)公式得到估算值，預(yù)測滾刀的磨損量。但一般的經(jīng)驗(yàn)公式只適用于特定單一的地質(zhì)條件，缺乏普適性，試圖從理論上精確計(jì)算盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量有很大難度。

在線檢測法主要分為厚度檢測式、攝像頭觀察式、斷電感應(yīng)式和電容傳感器檢測式等。其中，厚度檢測式主要包括壓力傳感器感知式和超聲波探頭探測式等。其中，壓力傳感器感知式主要采用的設(shè)備包括電磁壓力傳感器、接收器以及發(fā)射器，電磁壓力傳感器設(shè)置在刀頭內(nèi)，這種方式能夠通過壓力傳感器感知磨損過程中外界的壓力變化來監(jiān)控刀具磨損狀態(tài)。超聲波探頭探測式主要通過安裝在周邊刮刀內(nèi)的超聲波探頭測量金屬厚度，將數(shù)據(jù)由鋪設(shè)在刀頭里的信號線傳送至藍(lán)牙 發(fā)射裝置，再由藍(lán)牙接收裝置收集刮刀厚度信息，達(dá)到檢測目的。然而，受到安裝方式的影響，現(xiàn)有的在線檢測法所檢測到的刀具磨損量存在較大的誤差。

基于上述情況，針對大型全斷面掘進(jìn)裝備工作效率和安全運(yùn)行的行業(yè)需求，研究開發(fā)滿足要求的刀具磨損狀態(tài)安全檢測裝置，已成為掘進(jìn)設(shè)備中亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測的傳感器，所述傳感器包括梯形電容網(wǎng)絡(luò)，其中，所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)包括：

若干第一電容，所述若干第一電容串聯(lián)形成第一電容網(wǎng)絡(luò)，所述第一電容網(wǎng)絡(luò)的第一端形成所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第一外接端口；

若干第二電容，所述第一電容網(wǎng)絡(luò)的兩端以及第一電容網(wǎng)絡(luò)中相鄰第一電容的交點(diǎn)均與一第二電容的第一端連接，各個(gè)所述第二電容的第二端通過導(dǎo)線連接并形成所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第二外接端口。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電容與第二電容的容值之比大于預(yù)設(shè)比值，所述預(yù)設(shè)比值的取值范圍包括[800，1200]。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電容網(wǎng)絡(luò)的形狀呈直線狀。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電容網(wǎng)絡(luò)中相鄰第一電容之間的間距相等。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，相鄰第一電容之間的間距的取值范圍包括[1mm，3mm]。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器還包括：

電容網(wǎng)絡(luò)套，所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在所述電容網(wǎng)絡(luò)套內(nèi)；

和/或，第一外接線和第二外接線，所述第一外接線和第二外接線分別與所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第一外接端口和第二外接端口連接。

本實(shí)用新型還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置，所述裝置包括如上任一項(xiàng)所述的傳感器。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置還包括：

信號調(diào)理電路，其與所述傳感器連接，用于對所述傳感器輸出的表征所述傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容值的第一電信號進(jìn)行調(diào)理，得到第二電信號；

數(shù)據(jù)處理電路，其與所述信號調(diào)理電路連接，用于根據(jù)所述第二電信號確定所述盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量數(shù)據(jù)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述信號調(diào)理電路包括串聯(lián)的運(yùn)算放大電路和整形濾波電路。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)處理電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和處理器，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接在所述信號調(diào)理電路和處理器之間。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置還包括：

信號發(fā)射電路，其與所述信號處理電路連接，用于將所述磨損量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號向外發(fā)射；

信號接收電路，其用于接收所述無線信號，并根據(jù)所述無線信號生成對應(yīng)的第三電信號。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)處理電路配置為根據(jù)所述第二電信號計(jì)算所述傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容值，并根據(jù)所述當(dāng)前電容值計(jì)算所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前階數(shù)，進(jìn)而根據(jù)所述當(dāng)前階數(shù)確定所述盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量數(shù)據(jù)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述數(shù)據(jù)處理電路根據(jù)如下表達(dá)式計(jì)算所述梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前階數(shù)：

$C\left(i\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}A(i,k)\×n^{i-k+1}}{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}B(i,k)\×n^{i-k}}\×C_1$

其中，C(i)表示當(dāng)前階數(shù)為i的梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容值，C₁表示第一電 容的電容值，n表示第二電容與第一電容的電容值之比，A(i,k)和B(i,k)分別表示分子系數(shù)矩陣A和分母系數(shù)矩陣B中第i行第k列的元素。

本實(shí)用新型還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)，所述盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)包括：

盾構(gòu)機(jī)刀具；

如上任一項(xiàng)所述的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置，其傳感器設(shè)置在所述盾構(gòu)機(jī)刀具中并延伸至所述盾構(gòu)機(jī)刀具的刀面處。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述盾構(gòu)機(jī)刀具中形成有導(dǎo)孔，所述傳感器設(shè)置在所述導(dǎo)孔中，所述導(dǎo)孔的端口處形成有螺紋孔。

本實(shí)用新型首先提供了一種用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測的傳感器，該傳感器采用梯形電容網(wǎng)絡(luò)來對盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量進(jìn)行檢測。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為了更加準(zhǔn)確地檢測出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，本實(shí)施例中將傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)配置為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電容值隨階數(shù)的減小而近似線性減小。

本實(shí)用新型還提供了一種利用上述傳感器對盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量進(jìn)行檢測的裝置和系統(tǒng)，相較于現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)磨損量檢測裝置，本實(shí)用新型所提供的裝置能夠更加準(zhǔn)確地確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，同時(shí)，在需要的情況下，通過配置多個(gè)傳感器還可以確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損形狀。

本實(shí)用新型的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本實(shí)用新型而了解。本實(shí)用新型的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹：

圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的盾構(gòu)機(jī)刀具與傳感器的配置關(guān)系示意圖；

圖5是根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的盾構(gòu)機(jī)刀具中多個(gè)傳感器的排布示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，借此對本實(shí)用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本實(shí)用新型中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

同時(shí)，在以下說明中，出于解釋的目的而闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以提供對本實(shí)用新型實(shí)施例的徹底理解。然而，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是，本實(shí)用新型可以不用這里的具體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來實(shí)施。

為了克服現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置所存在的問題，本實(shí)施例首先提供了一種新的用于盾構(gòu)機(jī)磨損檢測的傳感器，該傳感器包括梯形電容網(wǎng)絡(luò)，圖1示出了該傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，傳感器中的梯形電容網(wǎng)絡(luò)包括若干第一電容C₁和若干第二電容C₂。這些第一電容C₁串聯(lián)形成第一電容網(wǎng)絡(luò)101，其中，第一電容網(wǎng)絡(luò)101的第一端A形成整個(gè)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第一外接端口。同時(shí)，第一電容網(wǎng)絡(luò)101的兩端(包括第一端A和第二端B)以及第一電容網(wǎng)絡(luò)中相鄰第一電容C₁的交點(diǎn)均與一第二電容C₂的第一端連接，各個(gè)第二電容C₂的第二端通過導(dǎo)線連接并形成整個(gè)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第二外接端口。

從上述描述可以看出，圖1所示的梯形電容網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)所包含的第二電容C₂的數(shù)量而視為具有對應(yīng)的階數(shù)。例如，假設(shè)梯形電容網(wǎng)絡(luò)包含有i個(gè)第二電容C₂，那么該梯形電容網(wǎng)絡(luò)的階數(shù)則為i。

需要指出的是，在本實(shí)用新型的不同實(shí)施例中，梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總階數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置，本實(shí)用新型不限于此。例如，在保證檢測結(jié)果具有相同準(zhǔn)確性和精確性時(shí)，如果所要檢測的盾構(gòu)機(jī)刀具的厚度較厚，那么所選擇的梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總階數(shù)則需要較高，這樣梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總長度也就較長；而如果所需要檢測的盾構(gòu)機(jī)刀具的厚度較薄時(shí)，那么所選擇的梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總階數(shù)則可以較低，這樣梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總長度也就較短。

為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，本實(shí)施例中，梯形電容網(wǎng)絡(luò)中第一電容網(wǎng)絡(luò)101呈直線狀，同時(shí)，第一電容網(wǎng)絡(luò)101中相鄰第一電容C₁之間的間距相等。具體地，本實(shí)施例中，第一電容網(wǎng)絡(luò)101中相鄰第一電容C₁之間的間距優(yōu)選地設(shè)置為2mm。需要指出的是，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，根據(jù)檢測需要，梯形電容網(wǎng)絡(luò)中第一電容網(wǎng)絡(luò)的形狀還可以為其他合理形狀(例如波浪狀等)，本實(shí)用新型不限于此。

同時(shí)，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，第一網(wǎng)絡(luò)101中相鄰第一電容C₁之間的間距也可以不相等，并且第一網(wǎng)絡(luò)101中相鄰第一電容C₁之間的間距還可以為其他合理值(例如[1mm,3mm]中的其他合理值等)，本實(shí)用新型同樣不限于此。

對于現(xiàn)有的采用電阻來進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量在線檢測的裝置來說，由于隨著電阻磨損量的增加，裝置的阻值變化并未是線性增長的，而這也就導(dǎo)致了檢測到的磨損量存在較大誤差。

為了保證傳感器所檢測到的刀具磨損量更加準(zhǔn)確，本實(shí)施例中將梯形電容網(wǎng)絡(luò)配置為容值隨刀具磨損量的增加而近似線性減小。為此，本實(shí)施例將梯形電容網(wǎng)絡(luò)中的第一電容C₁的容值與第二電容C₂容值之比配置為大于預(yù)設(shè)比值，具體地，該預(yù)設(shè)比值優(yōu)選地設(shè)置為1000。這樣，梯形電容網(wǎng)絡(luò)的容值將會隨電容網(wǎng)絡(luò)階數(shù)的增加而近似呈線性增長，當(dāng)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的階數(shù)隨盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量的增大而減小時(shí)，梯形電容網(wǎng)絡(luò)的容值將隨其階數(shù)的減小而近似線性減小，從而有助于提高最終檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

需要指出的是，為了保證梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總?cè)葜祵㈦S電容網(wǎng)絡(luò)階數(shù)的增加近似呈線性增長，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，上述預(yù)設(shè)比值還可以配置為其他合理值(例如預(yù)設(shè)比值的取值還可以為[800，1200]中的其他合理值)，本實(shí)用新型不限于此。

當(dāng)梯形電容網(wǎng)絡(luò)中的第一電容C₁的容值與第二電容C₂容值之比大于預(yù)設(shè)比值時(shí)，整個(gè)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的容值可以根據(jù)如下表達(dá)式求得：

$C\left(i\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}A(i,k)\×n^{i-k+1}}{\underset{k=1}{\overset{i}{\Σ}}B(i,k)\×n^{i-k}}\×C_1---\left(1\right)$

其中，C(i)表示當(dāng)前階數(shù)為i的梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容，C₁表示第一電容 的電容值，n表示第二電容與第一電容的電容值之比，A(i,k)和B(i,k)分別表示分子系數(shù)矩陣A和分母系數(shù)矩陣B中第i行第k列的元素。

本實(shí)施例中，A(i,k)和B(i,k)可以分別分別根據(jù)如下表達(dá)式確定得到：

這樣，通過計(jì)算整個(gè)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前容值便可以得到該梯形電容網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的當(dāng)前階數(shù)，而根據(jù)梯形電容網(wǎng)絡(luò)所對應(yīng)的當(dāng)前階數(shù)則可以確定出該梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前長度，通過合理配置梯形電容網(wǎng)絡(luò)在盾構(gòu)機(jī)刀具中的位置，可以由該梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前長度確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的當(dāng)前厚度。而盾構(gòu)機(jī)刀具的原始厚度是已知的，因此由盾構(gòu)機(jī)刀具的當(dāng)前厚度也就可以確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，從而實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損檢測。

當(dāng)然，當(dāng)確定出梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前長度后，結(jié)合梯形電容網(wǎng)絡(luò)的原始長度便可以確定出梯形電容網(wǎng)絡(luò)的長度變化值，通過合理配置梯形電容網(wǎng)絡(luò)在盾構(gòu)機(jī)刀具中的位置，根據(jù)該長度變化值便可以確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量。例如，通過合理配置梯形電容網(wǎng)絡(luò)在盾構(gòu)機(jī)刀具中的位置，盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量的長度變化值也即盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量。

圖2示出了本實(shí)施例所提供的用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2所示，除梯形電容網(wǎng)絡(luò)之外，本實(shí)施例所提供的傳感器還包括：電容網(wǎng)絡(luò)套201、螺紋套202、第一外接線203和第二外接線204。其中，梯形電容網(wǎng)絡(luò)設(shè)置在電容網(wǎng)絡(luò)套201內(nèi)，螺紋套202與電容網(wǎng)絡(luò)套201連接。本實(shí)施例中，螺紋套202的外壁形成有螺紋，這樣梯形梯形電容網(wǎng)絡(luò)便可以通過螺紋套202可靠地固定在盾構(gòu)機(jī)刀具內(nèi)部。第一外接線203和第二外接線204分別與梯形電容網(wǎng)絡(luò)的第一外接端口和第二外接端口連接，用以將梯形電容網(wǎng)絡(luò)的輸出的信號傳 輸?shù)酵獠?。為了保證梯形電容網(wǎng)絡(luò)的安裝效果，本實(shí)施例中，螺紋套203的外徑優(yōu)選地大于或等于電容網(wǎng)絡(luò)套的外徑。

需要指出的是，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，梯形電容網(wǎng)絡(luò)還可以通過其他合理的方式來固定在盾構(gòu)機(jī)刀具內(nèi)部，本實(shí)用新型不限于此。例如在實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，還可以通過灌注膠體的方式來將梯形電容網(wǎng)絡(luò)固定在盾構(gòu)機(jī)刀具內(nèi)部。

本實(shí)施例還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置，該裝置采用了如上所述的傳感器。此外，為了確定出盾構(gòu)單據(jù)的磨損量，該裝置還包括了相關(guān)的外圍電路。具體地，如圖3所示，本實(shí)施例所提供的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置包括：傳感器301、信號調(diào)理電路302以及數(shù)據(jù)處理電路303。

如圖4所示盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)，本實(shí)施例中，傳感器301通過形成在盾構(gòu)機(jī)刀具401中的導(dǎo)孔402安裝在盾構(gòu)機(jī)刀具內(nèi)部。該導(dǎo)孔的端口處(即尾部)形成有與傳感器的螺紋套配合的螺紋孔403，這樣傳感器便可以可靠地安裝固定在盾構(gòu)機(jī)內(nèi)部。傳感器產(chǎn)生的信號便可以通過信號線404(包括第一外接線和第二外接線)傳導(dǎo)出盾構(gòu)機(jī)刀具401。為了準(zhǔn)確確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，本實(shí)施例中，傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)離螺紋套的一段優(yōu)選地延伸至靠近盾構(gòu)機(jī)刀具的刀面405位置處。

需要指出的是，在本實(shí)用新型的不同實(shí)施例中，傳感器與盾構(gòu)機(jī)刀具本體所呈的角度根據(jù)實(shí)際需要還可以配置為不同的角度值，本實(shí)用新型不限于此。例如，對于同一傳感器，在滿足刀具配置要求的情況下，其與盾構(gòu)機(jī)刀具的刀面所呈的角度越小，其對于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量的檢測也就越精確。

再次如圖3所示，本實(shí)施例中，信號調(diào)理電路302與傳感器301連接，其用于對傳感器301輸出的表征該傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容值的第一電信號進(jìn)行調(diào)理，得到第二電信號。本實(shí)施例中，信號調(diào)理電路302優(yōu)選地包括運(yùn)算放大電路和濾波整形電路。當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，信號調(diào)理電路302也可以包含其他合理的電路結(jié)構(gòu)，用以實(shí)現(xiàn)其他合理的功能，本實(shí)用新型不限于此。

數(shù)據(jù)處理電路303與信號調(diào)理電路302連接，其用于根據(jù)信號調(diào)理電路302輸出的第二電信號確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量。具體地，本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理電路303優(yōu)選地包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和處理器。該處理器為微處理器，其中，模數(shù) 轉(zhuǎn)換電路連接在信號調(diào)理電路302與微處理器之間，其用于對第二電信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將得到的數(shù)字信號傳輸給微處理器。

本實(shí)施例中，處理器首先根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳來的數(shù)字信號計(jì)算得傳感器301中梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前電容值C(i)，隨后根據(jù)計(jì)算得到的當(dāng)前電容值C(i)利用表達(dá)式(1)計(jì)算得到梯形電容網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前階數(shù)i。由于對于某一傳感器來說，其梯形電容網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是固定的，因此梯形電容網(wǎng)絡(luò)的階數(shù)與梯形網(wǎng)絡(luò)的長度(即傳感器的長度)之間的對應(yīng)關(guān)系也是固定的，這樣處理器也就可以根據(jù)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前階數(shù)i確定出梯形電容網(wǎng)絡(luò)的當(dāng)前長度。而根據(jù)梯形電容網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的長度以及梯形電容網(wǎng)絡(luò)的原始長度也就可以確定出梯形電容網(wǎng)絡(luò)的長度變化量，進(jìn)而根據(jù)梯形電容網(wǎng)絡(luò)的長度變化量確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量。

本實(shí)施例中，傳感器采用了電容構(gòu)成的梯形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式，其中第一電容C₁的容值優(yōu)選地設(shè)置為10nF，第二電容C₂的容值優(yōu)選地設(shè)置為10pF，這樣第一電容C₁與第二電容C₂的比值為則1000，即第二電容C₂與第一電容C₁的比值n為0.001。相鄰的第一電容C₁的間距優(yōu)選地設(shè)置為2mm。

此時(shí)，當(dāng)切削類刀具每磨損2mm，相當(dāng)于梯形電容網(wǎng)絡(luò)的階數(shù)減少1階。根據(jù)實(shí)際需要，如果切削類刀具的最大磨損量為40mm，那么則采用20階梯形電容網(wǎng)絡(luò)的傳感器。

表1示出了本實(shí)施例中1～20階梯形電容網(wǎng)絡(luò)的電容值與磨損量的具體對應(yīng)關(guān)系：

表1

從表1所示的數(shù)據(jù)可以看出，在本實(shí)施例所提供的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置中，隨著刀具磨損量的增加，傳感器的梯形電容網(wǎng)絡(luò)的總?cè)葜凳墙凭€性減小的，這樣也就使得該檢測裝置所檢測到的刀具磨損量更加準(zhǔn)確。

對于某一傳感器來說，其只能夠通過自身電容的變化反映出該傳感器自身位置處的刀具磨損量，卻無法準(zhǔn)確、全面地的反映出整個(gè)刀具不同位置處的磨損量以及磨損形狀。

為了更加準(zhǔn)確、全面的獲取盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損狀態(tài)，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置中還可以配備多個(gè)傳感器，這些傳感器可以根據(jù)需要安裝在盾構(gòu)機(jī)刀具的不同位置處。具體地，如圖5所示，在該實(shí)施例中，同一盾構(gòu)機(jī)刀具中的傳感器優(yōu)選地采用等間距且相互平行的方式進(jìn)行配置。當(dāng)然，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，同一盾構(gòu)機(jī)刀具中傳感器的配置方式還可以采用其他合理方式(例如不等間距且/或彼此存在一定角度差)，本實(shí)用新型不限于此。

對應(yīng)于上述多個(gè)傳感器，盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置中還可以配備多個(gè)信號調(diào)理電路以及數(shù)據(jù)處理電路。當(dāng)然，盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置還可以采用同一套具有多通道的信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)處理電路來根據(jù)上述多個(gè)傳感器輸出的第一電信號確定出這些傳感器各自位置處的磨損量數(shù)據(jù)。同時(shí)，根據(jù)所得到的這些傳感器各自位置處的磨損量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理電路還可以確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損形狀 數(shù)據(jù)等。

本實(shí)施例中，為了使得盾構(gòu)機(jī)的操作人員能夠方便的獲取到數(shù)據(jù)處理電路所確定出的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量數(shù)據(jù)，本實(shí)施例所提供的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置還包括信號發(fā)射電路304和信號接收電路305。其中，信號發(fā)射電路304與數(shù)據(jù)處理電路303連接，用于將數(shù)據(jù)處理電路303所生成的磨損量數(shù)據(jù)和磨損形狀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無線信號向外發(fā)送。其中，信號發(fā)射電路304優(yōu)選地設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)刀具的刀盤背面。

信號接收電路305優(yōu)選地設(shè)置在隧道掘進(jìn)機(jī)的前盾位置處，其能夠接收信號發(fā)射電路304所發(fā)出的無線信號，并將該無線信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號(即第三電信號)傳輸給隧道掘進(jìn)機(jī)的盾構(gòu)主控室。這樣也就將盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損數(shù)據(jù)傳輸給了盾構(gòu)主控室，從而方便處于盾構(gòu)主控室內(nèi)的操作人員進(jìn)行觀察分析。

本實(shí)用新型還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括盾構(gòu)機(jī)刀具以及如上所述的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測裝置。

從上述描述中可以看出，本實(shí)用新型首先提供了一種用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測的傳感器，該傳感器采用梯形電容網(wǎng)絡(luò)來對盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量進(jìn)行檢測。該傳感器結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為了更加準(zhǔn)確地檢測出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，本實(shí)用新型中將傳感器中梯形電容網(wǎng)絡(luò)配置為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的電容值隨階數(shù)的減小而近似線性減小。

本實(shí)用新型還提供了一種利用上述傳感器對盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量進(jìn)行檢測的裝置和系統(tǒng)，相較于現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)磨損量檢測裝置，本實(shí)用新型所提供的裝置能夠更加準(zhǔn)確地確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量，同時(shí)，在需要的情況下，通過配置多個(gè)傳感器還可以確定出盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損形狀。

應(yīng)該理解的是，本實(shí)用新型所公開的實(shí)施例不限于這里所公開的特定結(jié)構(gòu)、處理步驟或材料，而應(yīng)當(dāng)延伸到相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的這些特征的等同替代。還應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而并不意味著限制。

說明書中提到的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”意指結(jié)合實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，說明書通篇各個(gè)地方出現(xiàn)的短語“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”并不一定均指同一個(gè)實(shí)施例。

雖然上述示例用于說明本實(shí)用新型在一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用中的原理，但對于本領(lǐng) 域的技術(shù)人員來說，在不背離本實(shí)用新型的原理和思想的情況下，明顯可以在形式上、用法及實(shí)施的細(xì)節(jié)上作各種修改而不用付出創(chuàng)造性勞動。因此，本實(shí)用新型由所附的權(quán)利要求書來限定。