[发明专利]隧道掘进机机载电阻率超前探测实时采集电极系统与方法

权利要求书

1.一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：包括可变方向电极机构、弹性伸缩装置和变阻定位机构，其中：

所述可变方向电极机构包括接触电极件和变向传动件，所述接触电极件接触电极，在掘进过程中与岩面直接接触，以激发电场，接触电极件通过变向传动件绕其中心轴自由转动，将与岩面接触的滑动摩擦转化为滚动摩擦；

所述弹性伸缩装置，包括动力收缩部件和弹力推进部件，弹力推进部件组装于电极后方，与刀盘内部紧密连接，动力收缩部件设置与电极边缘，对电极的缩进施加力，以克服弹力推进部件施加的弹力；

所述变阻定位机构包括滑动变阻器，以极坐标系为坐标轴进行定位，以刀盘中心为极坐标系的圆心，通过检测滑动变阻器的阻值的变化，确定刀盘所在的不同位置，以推算跟踪电极的位置。

2.如权利要求1所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述变向传动件包括轮架、轮轴旋转轴承和轮式端头，所述轮架的一端设置于接触电极件尾端，另一端通过轮轴旋转轴承连接于轮式端头中心轴处，使得电极杆绕轮式端头中心轴自由旋转。

3.如权利要求1所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述接触电极件通过变向传动件的轮架、轮轴旋转轴承，将探测信息以电流形式传播至电极杆；或所述接触电极件的材料选用钨铜合金。

4.如权利要求1所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述可变方向电极机构还包括固定保护装置，固定保护装置包括承力板和弹性垫片，所述承力板设置于电极杆末端与变向传动件的连接处，所述弹性垫片设置于弹性垫片上。

5.如权利要求1所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述动力收缩部件为液压收缩装置，包含两个液压缸，对称分布于电极杆两侧，于电极杆进行连接，起到为电极的收回提供力的作用。

6.如权利要求1所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述变阻定位机构包括环形变阻装置、控制电路装置和信号处理与传输装置，利用电流表监控回路内电流，以监控环形变阻装置的阻值，达到对电极位置的实时监测，变阻定位机构安装于刀盘背面板内侧。

7.如权利要求6所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述环形变阻装置由一个环形滑动变阻器组成，环绕在刀盘中心点周围，安装于刀盘背面板内侧，电极杆通过划片与环形变阻装置刚性连接，构成滑动变阻器。

8.如权利要求6所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：所述控制电路装置包括供电机构、电流检测装置和导线，导线分为活动导线与固定导线两种，连接电极与环形变阻装置的导线为活动导线，随着刀盘与电极的旋转而旋转，将环形变阻装置、供电机构和电流检测装置连接的导线属于固定导线。

9.如权利要求8所述的一种隧道掘进机机载电阻率法超前探测实时采集电极系统，其特征是：在电极旋转运动的路径上设置一与路径相同的环形导线，用于构成闭合回路；

或所述信号处理与传输装置包括传输电缆和信号处理器，传输电缆连接电流检测装置与信号处理器，信号处理器将返回的电流信息转化为电阻信息。

10.基于如权利要求1-9中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：可变方向电极机构随着刀盘的运动适应性的旋转，机构不工作时收回在刀盘中，工作时弹出，需要电极弹出时，动力收缩部件逐渐放缓使弹力推进部件回弹，电极弹出与岩面接触，刀盘旋转时若遇到凹凸界面，在凹界面处，电极被仍处于压缩状态的弹力推进部件所施加的推动力作用而紧贴岩面，在凸界面处，电极被挤压部分收回，弹力推进部件重新被压缩，保证接触电极件始终与岩面良好接触，使用变阻定位机构来对电极位置进行实时监控，采用极坐标系进行定位，以刀盘中心为极坐标系的圆心，检测电路中电流的大小，以此监测阻值的变化，并推算跟踪电极的位置。