用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)的傳感器及裝置、刀具系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及盾構(gòu)機(jī)刀具技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)的傳 感器及盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)裝置、盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)(簡(jiǎn)稱(chēng)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(guò)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。
[0003] 目前對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量的檢測(cè)方法主要有:停機(jī)檢查法、閾值檢測(cè)法、掘進(jìn)參數(shù) 估計(jì)法和在線(xiàn)檢測(cè)法等。
[0004] 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(pán)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。
[0005] 閾值檢測(cè)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(duì)刀具磨損的實(shí)時(shí)檢測(cè)。
[0006] 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(xiàn)或由半經(jīng)驗(yàn)公 式得到估算值，預(yù)測(cè)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。
[0007]在線(xiàn)檢測(cè)法主要分為厚度檢測(cè)式、攝像頭觀察式、斷電感應(yīng)式和電容傳感器檢測(cè) 式等。其中，厚度檢測(cè)式主要包括壓力傳感器感知式和超聲波探頭探測(cè)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(guò)壓力傳感器感知磨損過(guò)程中外界的壓力變化來(lái)監(jiān)控刀具磨 損狀態(tài)。超聲波探頭探測(cè)式主要通過(guò)安裝在周邊刮刀內(nèi)的超聲波探頭測(cè)量金屬厚度，將數(shù) 據(jù)由鋪設(shè)在刀頭里的信號(hào)線(xiàn)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(cè)目的。然而，受到安裝方式的影響，現(xiàn)有的在線(xiàn)檢測(cè)法所檢測(cè)到的刀具磨損量存在 較大的誤差。
[0008] 基于上述情況，針對(duì)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(kāi)發(fā)滿(mǎn)足要求的刀具磨損狀態(tài)安全檢測(cè)裝置，已成為掘進(jìn)設(shè)備中亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)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：
[0010] 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；
[0011] 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(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接并形成所述梯 形電容網(wǎng)絡(luò)的第二外接端口。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個(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]。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電容網(wǎng)絡(luò)的形狀呈直線(xiàn)狀。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(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。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(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]。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述傳感器還包括：
[0017] 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)；
[0018] 和/或，第一外接線(xiàn)和第二外接線(xiàn)，所述第一外接線(xiàn)和第二外接線(xiàn)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。
[0019] 本發(fā)明還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)裝置，所述裝置包括如上任一項(xiàng)所述的 傳感器。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置還包括：
[0021] 信號(hào)調(diào)理電路，其與所述傳感器連接，用于對(duì)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(hào)進(jìn)行調(diào)理，得到第二電信號(hào)；
[0022]數(shù)據(jù)處理電路，其與所述信號(hào)調(diào)理電路連接，用于根據(jù)所述第二電信號(hào)確定所述 盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量數(shù)據(jù)。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述信號(hào)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。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(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(hào)調(diào)理電路和處理器之間。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述裝置還包括：
[0026] 信號(hào)發(fā)射電路，其與所述信號(hào)處理電路連接，用于將所述磨損量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為無(wú)線(xiàn) 信號(hào)向外發(fā)射；
[0027]信號(hào)接收電路，其用于接收所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)，并根據(jù)所述無(wú)線(xiàn)信號(hào)生成對(duì)應(yīng)的第三 電信號(hào)。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個(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(hào)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)。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個(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)：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 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，&表示第一電容的電 容值，η表不第二電容與第一電容的電容值之比，A(i，k)和B(i，k)分別表不分子系數(shù)矩陣A 和分母系數(shù)矩陣B中第i行第k列的元素。
[0034]本發(fā)明還提供了一種盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)，所述盾構(gòu)機(jī)刀具系統(tǒng)包括：
[0035]盾構(gòu)機(jī)刀具；
[0036] 如上任一項(xiàng)所述的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)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。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的一個(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。
[0038] 本發(fā)明首先提供了一種用于盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)的傳感器，該傳感器采用梯形電 容網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具的磨損量進(jìn)行檢測(cè)。該傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為了更加 準(zhǔn)確地檢測(cè)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(xiàn)性減小。
[0039] 本發(fā)明還提供了一種利用上述傳感器對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具磨損量進(jìn)行檢測(cè)的裝置和系 統(tǒng)，相較于現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)磨損量檢測(cè)裝置，本發(fā)明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(guò)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。
[0040] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變 得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利 要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
【附圖說(shuō)明】
[0041] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單的介紹：
[0042] 圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(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；
[0043] 圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(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；
[0046] 圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(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】
[0047] 以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用 技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明 的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(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)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0048] 同時(shí)，在以下說(shuō)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(duì)本發(fā)明實(shí) 施例的徹底理解。然而，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以不用這里的具 體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來(lái)實(shí)施。
[0049] 為了克服現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)刀具磨損檢測(cè)裝置所存在的問(wèn)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(cè)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。
[0050] 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Q和若干第二電容