[发明专利]隧道脱空探测头、隧道脱空检测仪及检测隧道脱空的方法

权利要求书

1.隧道脱空探测头，其包括锤击部分、声波接收装置和至少两个轮子，其特征在于，所述声波接收装置相对于所述锤击部分固定，所述至少两个轮子同轴地布置在所述锤击部分的两侧，并且相对于所述锤击部分可枢转。

2.如权利要求1所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分具有锤头，所述锤头具有锤击位置和缩回位置，其中，在所述锤头处于所述缩回位置中时，所述锤击部分全部位于所述轮子的轮缘范围以内，在所述锤头处于所述锤击位置中时，所述锤头突出于所述轮子的轮缘范围以外。

3.如权利要求1或2所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分包括基座，所述声波接收装置固定至所述基座，所述至少两个轮子可枢转地附装至所述基座。

4.如权利要求3所述的探测头，其特征在于，所述锤击部分包括电动锤，和/或，所述声波接收装置包括声波接收传感器，优选还包括检波器；优选地，所述电动锤包括锤头、锤杆、锤体和压缩弹簧，所示压缩弹簧套设在所述锤杆上位于所述锤头和所述锤体之间，锤体内部设置有电磁发生装置，所述电磁发生装置通电时使所述锤头缩回至所述缩回位置中，所述电磁发生装置断电时所述压缩弹簧将所述锤头弹射出去。

5.如权利要求4所述的探测头，其特征在于，所述声波接收传感器的数目为两个，所述两个声波接收传感器以与所述锤击部分的锤头等距的方式大致对称地布置在所述锤击部分的两侧，并且所述两个声波接收器的连线大致平行于所述至少两个轮子之一所处的平面。

6.如权利要求5所述的探测头，其特征在于，所述声波接收传感器借助于传感器连接板固定至所述基座，使得所述声波接收传感器的测头大致朝向所述锤头。

7.如权利要求4所述的探测头，其特征在于，至少一个靠近所述锤击部分的轮子的轮辋内侧上设置有触发装置，所述锤击部分的与所述触发装置相对的侧面上设置有控制开关，所述控制开关用于控制所述电磁发生装置的通电状态，所述轮子在转动时带动所述触发装置经过所述控制开关以便进行触发；优选地，所述控制开关为常闭开关，所述触发装置经过所述控制开关时使所述控制开关断开。

8.如权利要求7所述的探测头，其特征在于，所述触发装置包括多个，所述多个触发装置围绕所述轮子的枢转中心等间隔地布置在相同的半径处。

9.隧道脱空检测仪，其包括推进部分、信号处理部分、脱空识别与判定部分、以及前述权利要求之一所述的探测头，所述探测头附装至所述推进部分，所述声波接收装置连接至所述信号处理部分，所述信号处理部分连接至脱空识别与判定部分；

优选地，所述信号处理部分能够对锤击产生的声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S＝2πR(n-1)/k计算获得任意编号n的脉冲信号对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数；

优选地，所述推进部分包括支撑臂，优选为伸缩支撑臂，所述探测头通过所述锤击部分的基座附装至所述支撑臂的上端，所述支撑臂的下端适于固定至可移动的底座支架上。

10.利用权利要求9所述的隧道脱空检测仪检测隧道脱空的方法，其包括步骤：

(1)使所述隧道脱空检测仪的探测头的轮子贴靠隧道内壁，并使所述锤击部分的锤头正对所述内壁；

(2)使所述探测头的轮子沿所述内壁滚动，并使所述锤击部分锤击所述内壁；

(3)采集锤击产生的声波信号；

(4)对声波信号进行处理；

(5)根据处理后的声波信号进行脱空识别及判定；

优选地，步骤(4)包括：

对声波信号进行去噪、消除表面波、对剩余有效波进行叠加分析和处理；

优选地，步骤(4)还包括：

对声波信号的脉冲按先后顺序进行编号，从标记初始锤击信号的位置开始计数，根据公式S＝2πR(n-1)/k计算获得任意编号n的脉冲对应的锤击位置，其中S是锤击位置与初始锤击位置之间的距离，R是轮子的半径，k是轮子每滚动一周锤击的次数；

优选地，所述方法还包括步骤：

在识别出脱空存在的情况下，记录脱空部位对应的锤击位置；

优选地，步骤(5)包括：

根据处理后的声波信号的曲线，对应已建立的或对比预存的判定特征波形，判定隧道内壁的密实程度；

优选地，所述方法还包括步骤：

根据轮子行走的圈数或角度，计算隧道的里程长度。