用于盾构地质探测设备的标定电路和标定方法

技术领域

本公开涉及盾构施工超前地质预报技术领域，特别涉及一种用于盾构地质探测设备的标定电路和标定方法。

背景技术

标定主要是指使用标准的计量仪器对所使用仪器的准确度(精度)进行检测是否符合标准，一般大多用于精密度较高的仪器。标定也可以认为是校准。因此，也可以认为标定包含以上两方面的意思。高精度电子测量一般在出场时都会进行标定，确定其增益等参数，在使用过程中随着电子元器件的老化，需要对电子设备进行校准，以获得精确的测量值。

隧道电法超前地质预报设备的测量通道由多种电子元器件组成，其测量之前也需要进行标定和校准。常用的标定方法是采用高精度信号源作为测量通道的输入进行标定，这种方法适用于出厂前标定，不适用于设备安装于盾构机上开始工作后的校准。

发明内容

本公开解决的一个技术问题是：在相关技术中的标定方法不适用于设备安装于盾构机上开始工作后的校准。

根据本公开的一个方面，提供了一种用于盾构地质探测设备的标定电路，包括：多个测量通道，每个测量通道包括电阻器和放大电路，在每个测量通道中，所述电阻器的第一端电连接至所述放大电路的第一输入端，所述电阻器的第二端电连接至所述放大电路的第二输入端，所述多个测量通道的电阻器串联；和采集处理电路，所述采集处理电路的输入端电连接至所述多个测量通道的放大电路的输出端，被配置为对采集的每个测量通道输出的测量信号进行处理和计算。

在一些实施例中，每个测量通道还包括滤波电路，其中，每个测量通道的滤波电路电连接在该测量通道的放大电路与所述采集处理电路之间。

在一些实施例中，所述多个测量通道包括第一测量通道和第二测量通道；其中，所述第一测量通道包括第一电阻器、第一放大电路和第一滤波电路，所述第一电阻器的第一端电连接至所述第一放大电路的第一输入端，所述第一电阻器的第二端电连接至所述第一放大电路的第二输入端，所述第一放大电路的输出端电连接至所述第一滤波电路的输入端，所述第一滤波电路的输出端电连接至所述采集处理电路的第一输入端；所述第二测量通道包括第二电阻器、第二放大电路和第二滤波电路，所述第二电阻器的第一端电连接至所述第二放大电路的第一输入端，所述第二电阻器的第二端电连接至所述第二放大电路的第二输入端，所述第二放大电路的输出端电连接至所述第二滤波电路的输入端，所述第二滤波电路的输出端电连接至所述采集处理电路的第二输入端；所述第一电阻器与所述第二电阻器串联。

在一些实施例中，所述标定电路，还包括：信号源，其中，所述多个测量通道的电阻器串联在所述信号源的第一输出端和第二输出端之间，所述信号源的第二输出端电连接至接地端，所述信号源被配置为输出标定信号，其中，所述标定信号被所述多个测量通道的电阻器分成多个参考信号，所述多个测量通道与所述多个参考信号一一对应。

在一些实施例中，所述采集处理电路的控制端电连接至所述信号源的输入端；所述采集处理电路被配置为向所述信号源输出标定信号。

在一些实施例中，所述采集处理电路被配置为根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到所述每个测量通道的通道增益，从而获得所述多个测量通道的通道增益。

在一些实施例中，所述多个测量通道的电阻器串联在待测量设备的第一输出端和第二输出端之间；所述采集处理电路被配置为根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的通道增益计算得到待测量设备的输出信号的信号幅度，从而获得与所述多个测量通道对应的所述输出信号的多个信号幅度，并计算所述多个信号幅度的平均值，作为所述输出信号的实际幅度。

在一些实施例中，所述采集处理电路包括：模数转换器、数模转换器和信号处理单元。

根据本公开的另一个方面，提供了一种利用如前所述的标定电路实施的标定方法，包括：向所述信号源输出标定信号，其中，所述标定信号被所述多个测量通道的电阻器分成多个参考信号，所述多个测量通道与所述多个参考信号一一对应；从每个测量通道采集测量信号；和根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到所述每个测量通道的通道增益，从而获得所述多个测量通道的通道增益。

根据本公开的另一个方面，提供了一种利用如前所述的标定电路实施的标定方法，包括：从每个测量通道采集测量信号，其中，所述多个测量通道的电阻器串联在待测量设备的第一输出端和第二输出端之间；根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的通道增益计算得到待测量设备的输出信号的信号幅度，从而获得与所述多个测量通道对应的所述输出信号的多个信号幅度；和计算所述多个信号幅度的平均值，作为所述输出信号的实际幅度。

上述标定电路结构简单，不仅能够用于出厂前的标定，还适用于盾构机施工过程中的设备校准，即，适用于设备安装于盾构机上开始工作后的校准。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是示出根据本公开一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图；

图2是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图；

图3是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图；

图4是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图；

图5是示出根据本公开一些实施例的采集处理电路的结构示意图；

图6是示出根据本公开一些实施例的标定方法的流程图；

图7是示出根据本公开另一些实施例的标定方法的流程图。

应当明白，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。此外，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时，在该特定器件与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件，也可以不存在居间器件。当描述到特定器件连接其它器件时，该特定器件可以与所述其它器件直接连接而不具有居间器件，也可以不与所述其它器件直接连接而具有居间器件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

图1是示出根据本公开一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图。

如图1所示，该标定电路包括多个测量通道100。每个测量通道100包括电阻器和放大电路。在每个测量通道中，电阻器的第一端电连接至放大电路的第一输入端，电阻器的第二端电连接至放大电路的第二输入端。该多个测量通道100的电阻器串联。

例如，图1示出了标定电路包括两个测量通道，即第一测量通道110和第二测量通道120。第一测量通道110包括第一电阻器R1和第一放大电路111。在第一测量通道110中，第一电阻器R1的第一端13a电连接至第一放大电路111的第一输入端111a，第一电阻器R1的第二端13b电连接至第一放大电路111的第二输入端111b。第二测量通道120包括第二电阻器R2和第二放大电路121。在第二测量通道120中，第二电阻器R2的第一端14a电连接至第二放大电路121的第一输入端121a，第二电阻器R2的第二端14b电连接至第二放大电路121的第二输入端121b。第一电阻器R1与第二电阻器R2串联。例如，第一电阻器R1的第二端13b电连接至第二电阻器R2的第一端14a。

电阻器两端产生的压差信号(可以称为参考信号)馈入到测量通道的放大电路的输入端。例如，电阻器可以为高精度电阻。例如，每个测量通道的电阻器的阻值的范围为1欧姆至1000欧姆。电阻器的作用是提供准确的参考信号。

每个测量通道的放大电路被配置为对该放大电路所在测量通道的压差信号(即参考信号)进行放大处理。例如，第一放大电路111被配置为对第一测量通道的参考信号进行放大处理；第二放大电路121被配置为对第二测量通道的参考信号进行放大处理。

如图1所示，该标定电路还包括采集处理电路200。采集处理电路200的输入端电连接至所述多个测量通道的放大电路的输出端。采集处理电路200被配置为对采集的每个测量通道输出的测量信号进行处理和计算。

例如，采集处理电路200的第一输入端200a电连接至第一测量通道110的第一放大电路111的输出端111c；采集处理电路200的第二输入端200b电连接至第二测量通道120的第二放大电路121的输出端121c。采集处理电路200被配置为对第一测量通道输出的测量信号进行处理和计算，并对第二测量通道输出的测量信号进行处理和计算。

在该标定电路的一种工作过程中，当需要标定每个测量通道的通道增益时，可以将所述多个测量通道的电阻器串联在信号源的第一输出端和第二输出端之间，这样，采集处理电路可以根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到该测量通道的通道增益，从而获得所述多个测量通道的各个测量通道的通道增益。这样实现了对该标定电路的各个测量通道的通道增益的标定。

在该标定电路的另一种工作过程中，当需要标定待测量设备的输出信号(即测量待测量设备的输出信号的实际幅度)时，可以将所述多个测量通道的电阻器串联在待测量设备的第一输出端和第二输出端之间，这样，采集处理电路可以根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的通道增益计算得到待测量设备的输出信号的信号幅度，从而获得与所述多个测量通道对应的输出信号的多个信号幅度，并计算该多个信号幅度的平均值，作为输出信号的实际幅度(即真实幅度)。这样，实现了对待测量设备的输出信号的标定，可用于后续地质探测。

至此，提供了根据本公开一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路。标定电路包括：多个测量通道，每个测量通道包括电阻器和放大电路，在每个测量通道中，电阻器的第一端电连接至放大电路的第一输入端，电阻器的第二端电连接至放大电路的第二输入端，所述多个测量通道的电阻器串联；和采集处理电路，采集处理电路的输入端电连接至所述多个测量通道的放大电路的输出端，被配置为对采集的每个测量通道输出的测量信号进行处理和计算。该标定电路结构简单，不仅能够用于出厂前的标定，还适用于盾构机施工过程中的设备校准，即，适用于设备安装于盾构机上开始工作后的校准。

需要说明的是，虽然图1示出了标定电路包括两个测量通道，但是本领域技术人员能够理解，上述标定电路还可以包括更多个(例如3个、4个，等等)测量通道，因此，本公开的范围并仅不限于这里示出的标定电路的测量通道的数量。标定电路所包括的测量通道的数量可以根据实际需要来设置。

在一些实施例中，每个测量通道还可以包括滤波电路，其中，每个测量通道的滤波电路电连接在该测量通道的放大电路与采集处理电路之间。滤波电路被配置为对滤波电路所在测量通道的参考信号(即压差信号)进行滤波处理。例如，滤波电路可以对输入的参考信号进行选频并滤除带外干扰。

图2是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图。

如图2所示，标定电路包括多个测量通道100。每个测量通道100包括电阻器、放大电路和滤波电路。

例如，如图2所示，多个测量通道包括第一测量通道110和第二测量通道120。

第一测量通道110包括第一电阻器R1、第一放大电路111和第一滤波电路151。第一电阻器R1的第一端13a电连接至第一放大电路111的第一输入端111a。第一电阻器R1的第二端13b电连接至第一放大电路111的第二输入端111b。第一放大电路111的输出端111c电连接至第一滤波电路151的输入端151a。第一滤波电路151的输出端151b电连接至采集处理电路200的第一输入端200a。

第二测量通道120包括第二电阻器R2、第二放大电路121和第二滤波电路152。第二电阻器R2的第一端14a电连接至第二放大电路121的第一输入端121a。第二电阻器R2的第二端14b电连接至第二放大电路121的第二输入端121b。第二放大电路121的输出端121c电连接至第二滤波电路152的输入端152a。第二滤波电路152的输出端电152b连接至采集处理电路200的第二输入端200b。

第一电阻器R1与第二电阻器R2串联。

与图1所示的标定电路相比，图2所示的标定电路的区别之处在于：在每个测量通道中设置了滤波电路。该滤波电路可以对测量通道的参考信号(即压差信号)进行滤波处理。例如，滤波电路可以对输入的参考信号进行选频并滤除带外干扰。这样可以提高标定的准确度。

需要说明的是，虽然图2示出了每个测量通道包括一个放大电路和一个滤波电路，但是，本领域技术人员能够理解，每个测量通道可以包括多于1个(例如2个、3个，等等)的放大电路或者多于1个(例如2个、3个，等等)的滤波电路。因此，本公开的范围并不限于每个测量通道中的放大电路的数量和滤波电路的数量。

图3是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图。

如图3所示，标定电路包括多个测量通道100。每个测量通道100包括电阻器和放大电路。可选地，每个测量通道100还可以包括滤波电路。

例如，如图3所示，多个测量通道包括第一测量通道110和第二测量通道120。第一测量通道110包括第一电阻器R1、第一放大电路111和第一滤波电路151。第二测量通道120包括第二电阻器R2、第二放大电路121和第二滤波电路152。

在一些实施例中，如图3所示，标定电路还包括信号源310。所述多个测量通道的电阻器串联在信号源310的第一输出端310a和第二输出端310b之间。例如，第一电阻器R1和第二电阻器R2串联在信号源310的第一输出端310a和第二输出端310b之间。信号源310的第二输出端310b电连接至接地端350。信号源310被配置为输出标定信号。该标定信号被所述多个测量通道的电阻器分成多个参考信号，该多个测量通道与该多个参考信号一一对应。例如，标定信号被第一电阻器R1和第二电阻器R2分成两个参考信号，其中，在这两个参考信号中，一个参考信号被输入到第一测量通道的第一放大电路，另一个参考信号被输入到第二测量通道的第二放大电路。

例如，信号源可以产生用于标定输入的正弦信号或其他形式信号(例如，方波、伪随机波等)，其幅度可以由采集处理电路控制，也可以独立产生。信号源可以包含在地质探测设备中。信号源的幅度和频率可以是固定的，也可以通过程序控制。

在一些实施例中，采集处理电路200的控制端200c电连接至信号源310的输入端310c。采集处理电路200被配置为向信号源310输出标定信号。例如，采集处理电路可以通过数模转换器发出标定信号。这样可以使得信号源输出标定信号。

在一些实施例中，采集处理电路200被配置为根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到所述每个测量通道的通道增益，从而获得所述多个测量通道的通道增益。这样实现了对各个测量通道的通道增益的标定。

例如，采集处理电路200根据从第一测量通道采集的测量信号的信号幅度和第一测量通道的参考信号的信号幅度计算得到第一测量通道的通道增益，根据从第二测量通道采集的测量信号的信号幅度和第二测量通道的参考信号的信号幅度计算得到第二测量通道的通道增益。这样获得了第一测量通道的通道增益和第二测量通道的通道增益。

这里，某个测量通道的通道增益G为该测量通道的测量信号的信号幅度V

在标定电路的工作过程中，当需要标定每个测量通道的通道增益时，可以将所述多个测量通道的电阻器串联在信号源的第一输出端和第二输出端之间，这样，采集处理电路可以根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到该测量通道的通道增益，从而获得所述多个测量通道的各个测量通道的通道增益。这样实现了对标定电路的各个测量通道的通道增益的标定。

例如，采集处理电路200可以对测量通道输出的模拟信号(即测量信号)进行A/D转换(模数转换)，进行幅度和相位计算，在此基础上计算出测量通道的通道增益。例如，幅度和相位计算可以采用数字信号处理方法，如DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换)、FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立叶变换)等。

在一些实施例中，如图3所示，标定电路还可以包括计算机400。该计算机可以用于从采集处理电路接收标定结果。该计算机也可以控制标定过程，并读取标定结果。

在另一些实施例中，标定电路也可以不包括计算机。不包含计算机时，采集处理电路可由其内置的程序(例如设置在采集处理电路的信号处理单元中的程序)控制标定过程。

在另一些实施例中，也可以将计算机设置在采集处理电路中。

因此，上述标定电路可以包含计算机，或者也可以不包含计算机，或者也可以将计算机设置在采集处理电路中。

上述标定电路用于标定多个测量通道的增益，每个测量通道可以包括若干放大电路和若干滤波电路。信号源通过电阻进行分压产生参考信号，作为测量通道的输入，测量通道对参考信号放大和滤波，并且由采集处理电路进行A/D转换，计算出通道增益，并可以将标定结果传送给计算机。

图4是示出根据本公开另一些实施例的用于盾构地质探测设备的标定电路的结构示意图。

如图4所示，标定电路包括多个测量通道100。每个测量通道100包括电阻器和放大电路。可选地，每个测量通道100还可以包括滤波电路。

例如，如图4所示，多个测量通道包括第一测量通道110和第二测量通道120。第一测量通道110包括第一电阻器R1、第一放大电路111和第一滤波电路151。第二测量通道120包括第二电阻器R2、第二放大电路121和第二滤波电路152。

在一些实施例中，如图4所示，多个测量通道的电阻器串联在待测量设备370的第一输出端370a和第二输出端370b之间。

采集处理电路200被配置为根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的通道增益计算得到待测量设备的输出信号的信号幅度，从而获得与所述多个测量通道对应的输出信号的多个信号幅度，并计算该多个信号幅度的平均值，作为该输出信号的实际幅度。

例如，采集处理电路200根据从第一测量通道采集的测量信号的信号幅度V

又例如，采集处理电路200根据从第二测量通道采集的测量信号的信号幅度V

然后，采集处理电路200计算信号幅度V

这样实现了对待测量设备的输出信号的标定，可用于后续地质探测。

另外，与前面描述类似地，上述标定电路可以包含计算机，也可以包含计算机，或者也可以将计算机设置在采集处理电路中。

图5是示出根据本公开一些实施例的采集处理电路的结构示意图。

如图5所示，采集处理电路200包括：模数转换器210、数模转换器220和信号处理单元230。

模数转换器210可以被配置为对采集的测量信号进行模数转换，以获得数字信号。

数模转换器220可以被配置为将从信号处理单元接收的数字控制信号转换为模拟控制信号，并将所述模拟控制信号作为标定信号发送到信号源。

信号处理单元230可以被配置为对数字信号形式的测量信号进行处理和计算，以及向数模转换器发送数字控制信号。例如，信号处理单元230为数字信号处理单元。

图6是示出根据本公开一些实施例的标定方法的流程图。

例如，可以利用如图3所示的标定电路实施该标定方法。该标定方法包括步骤S610至S630。

在步骤S610，向信号源输出标定信号，其中，标定信号被多个测量通道的电阻器分成多个参考信号，多个测量通道与多个参考信号一一对应。例如，采集处理电路通过数模转换器发出标定信号，标定信号被多个测量通道的电阻器分成多个参考信号，各个测量通道对对应的参考信号进行放大和滤波。

在步骤S620，从每个测量通道采集测量信号。例如，采集处理电路控制模数转换器对采集的测量信号进行模数转换。

在步骤S630，根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的参考信号的信号幅度计算得到每个测量通道的通道增益，从而获得多个测量通道的通道增益。即，采集处理电路计算得到各个通道测量的信号幅度，进而计算得到各个通道的通道增益。

至此，提供了根据本公开一些实施例的标定方法。该标定方法实现了对标定电路的各个测量通道的通道增益的标定。

图7是示出根据本公开另一些实施例的标定方法的流程图。

例如，可以利用如图1、图2或图4所示的标定电路实施该标定方法。该标定方法包括步骤S710至S730。

在步骤S710，从每个测量通道采集测量信号，其中，多个测量通道的电阻器串联在待测量设备的第一输出端和第二输出端之间。

在步骤S720，根据从每个测量通道采集的测量信号的信号幅度和该测量通道的通道增益计算得到待测量设备的输出信号的信号幅度，从而获得与多个测量通道对应的输出信号的多个信号幅度。

在步骤S730，计算多个信号幅度的平均值，作为输出信号的实际幅度。

至此，提供了根据本公开另一些实施例的标定方法。该标定方法实现了对待测量设备的输出信号的标定，可用于后续地质探测。

本公开的标定电路和标定方法不仅能够用于出厂前的标定，还适用于盾构机施工过程中的设备校准和自检，即，适用于设备安装于盾构机上开始工作后的校准，从而使得设备工作于正常的状态。

上述标定电路和标定方法实施起来比较简单，不会过多增加电子元器件，就能够实现出厂前和施工过程中的标定、校准和自检需求，从而能够有效简化标定、校准和自检过程，减少了设备维护成本。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。