專利名稱：時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及樁基的結(jié)構(gòu)檢測(cè)，尤其是一種樁基質(zhì)量測(cè)試儀。
背景技術(shù)：
隨著高層建筑、橋梁及大型土建工程的增多，樁基被廣泛應(yīng)用。由于受地質(zhì)條件和施工工藝的影響，樁基有時(shí)候會(huì)發(fā)生斷裂或不均勻等缺陷，從而降低樁的負(fù)載力。因此，這些樁不能承受來(lái)自高層建筑和大橋的大的載荷，以至發(fā)生一些事故，如大樓或橋梁的傾斜和倒塌。為了保證工程質(zhì)量，須對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。
在現(xiàn)今的樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中，振動(dòng)法是最重要的檢測(cè)方法之一。而在該方法中，樁結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息是利用傳感器提取的。因此如何提高傳感器對(duì)信號(hào)的檢測(cè)顯得非常重要。而加速度傳感器是一種廣泛用于樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量中測(cè)量振動(dòng)和沖擊加速度等狀況的敏感器件，它也可以為結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析提供測(cè)量手段?，F(xiàn)有的各種加速度傳感器大多采用壓電效應(yīng)作為其工作原理即當(dāng)加速度傳感器受振動(dòng)時(shí)，敏感的質(zhì)量塊產(chǎn)生一個(gè)變化的力作用在壓點(diǎn)晶片上，由于壓電效應(yīng)緣故，在晶體兩端而會(huì)出現(xiàn)一個(gè)變化的電荷或電勢(shì)，該電荷量與承受的力成正比，也就是電荷量與此加速度傳感器所承受的振動(dòng)加速度成正比。
該技術(shù)能夠檢測(cè)樁的長(zhǎng)度或者樁基是否有斷裂或不均勻等缺陷。該技術(shù)通過(guò)用錘在樁上施加沖擊，以產(chǎn)生彈性波和阻抗，再用信號(hào)傳感器來(lái)接收樁在力的作用下的響應(yīng)，把機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再通過(guò)自舉式傳感放大器，AD程控放大器以及A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并且和便攜式計(jì)算機(jī)并行接口相連，來(lái)接收信號(hào)和控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后在計(jì)算機(jī)上得到關(guān)于樁基結(jié)構(gòu)的F-V圖來(lái)判斷樁基結(jié)構(gòu)的完整性，依據(jù)F-V曲線來(lái)判斷樁的基礎(chǔ)質(zhì)量。
存在的缺點(diǎn)是信號(hào)傳感器的測(cè)試信號(hào)時(shí)間短、信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的樁基質(zhì)量測(cè)試儀測(cè)試信號(hào)時(shí)間短、信號(hào)不穩(wěn)定、可靠性低的不足，本發(fā)明提供一種能夠延長(zhǎng)信號(hào)時(shí)間、信號(hào)穩(wěn)定、可靠性好的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，包括用于接收錘在樁上的機(jī)械振動(dòng)波的信號(hào)傳感器，所述信號(hào)傳感器安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，傳感器連接到AD放大器，AD放大器的輸出通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，所述的微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，所述的信號(hào)測(cè)試儀還包括用以將信號(hào)傳感器的信號(hào)放大的傳感放大器，所述的傳感放大器的輸出端連接信號(hào)傳感器，所述的傳感放大器的輸出端連接AD放大器的輸入端。
進(jìn)一步，所述的傳感放大器為自舉式傳感放大器，所述的傳感放大器包括用于接收檢測(cè)速度信號(hào)的壓感電容C0、與壓感電容串聯(lián)的限流電阻R1、限流電阻R2，所述的限流電阻R1、限流電阻R2與壓感電容形成回路，所述的自舉式加速度傳感放大器還包括用于接收待測(cè)電壓并形成輸出的電壓偏差補(bǔ)償電路，所述的偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端與所述壓感電容C0的正極相連，第二輸入端連接于限流電阻R1、限流電阻R2之間的中間節(jié)點(diǎn)，偏差補(bǔ)償電路的輸出端為信號(hào)輸出端。
再進(jìn)一步，所述的電壓偏差補(bǔ)償電路由放大器，保持電容C5和分流電阻R3組成，偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端為放大器的輸入端正極，偏差補(bǔ)償電路的第二輸入端為放大器的輸入端負(fù)極，所述的放大器的輸入端正極與所述壓感電容C0的正極相連，輸出端與放大器的輸入端負(fù)極相連；所述的保持電容C5和分流電阻R3串聯(lián)，所述的保持電容C5連接放大器的輸入端負(fù)極，所述的分流電阻R3連接所述中間節(jié)點(diǎn)。
更進(jìn)一步，所述的限流電阻R1、限流電阻R2為大額電阻，所述的分流電阻R3為小額電阻。
所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與微處理器的并行接口連接。
本發(fā)明的工作原理是信號(hào)傳感器用以接收樁在力的作用下的響應(yīng)，把機(jī)械振動(dòng)波轉(zhuǎn)變?yōu)殡姾尚盘?hào)，并通過(guò)傳感放大器把信號(hào)傳感器輸出得電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)的時(shí)延和保持。同時(shí)AD程控放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)變?cè)鲆娣糯螅詈髮⑿盘?hào)傳遞給A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的并行接口將數(shù)字信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
在自舉式傳感放大器中，偏差補(bǔ)償電路能夠成倍的增加電路阻抗，成倍的減少電容釋放的電流峰值，使得電荷釋放的時(shí)間成倍增長(zhǎng)，從而獲得穩(wěn)定的信號(hào)；能夠得到可靠的測(cè)試結(jié)果。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、延長(zhǎng)信號(hào)時(shí)間、信號(hào)穩(wěn)定；2、可靠性好。


圖1是時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是自舉式傳感放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1、圖2，一種時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，包括用于接收錘在樁上的機(jī)械振動(dòng)波的信號(hào)傳感器1，所述信號(hào)傳感器1安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，傳感器1連接到AD放大器3，AD放大器3的輸出通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器4與微處理器6通信連接，所述的微處理器6內(nèi)設(shè)有根據(jù)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊7，所述的信號(hào)測(cè)試儀還包括用以將信號(hào)傳感器的信號(hào)放大的傳感放大器2，所述的傳感放大器2的輸出端連接信號(hào)傳感器1，所述的傳感放大器2的輸出端連接AD放大器3的輸入端。
傳感放大器2為自舉式傳感放大器，所述的傳感放大器2包括用于接收檢測(cè)速度信號(hào)的壓感電容C0、與壓感電容串聯(lián)的限流電阻R1、限流電阻R2，所述的限流電阻R1、限流電阻R2與壓感電容形成回路，所述的自舉式加速度傳感放大器還包括用于接收待測(cè)電壓并形成輸出的電壓偏差補(bǔ)償電路，所述的偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端與所述壓感電容C0的正極相連，第二輸入端連接于限流電阻R1、限流電阻R2之間的中間節(jié)點(diǎn)，偏差補(bǔ)償電路的輸出端為信號(hào)輸出端。所述的電壓偏差補(bǔ)償電路由放大器，保持電容C5和分流電阻R3組成，偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端為放大器的輸入端正極，偏差補(bǔ)償電路的第二輸入端為放大器的輸入端負(fù)極，所述的放大器的輸入端正極與所述壓感電容C0的正極相連，輸出端與放大器的輸入端負(fù)極相連；所述的保持電容C5和分流電阻R3串聯(lián)，所述的保持電容C5連接放大器的輸入端負(fù)極，所述的分流電阻R3連接所述中間節(jié)點(diǎn)。所述的限流電阻R1、限流電阻R2為大額電阻，所述的分流電阻R3為小額電阻。
所述的A/D轉(zhuǎn)換器4的輸出與微處理器6的并行接口5連接。
其工作過(guò)程是信號(hào)傳感器1由激振力的大小可選用壓電傳感器，如為加速度傳感器，其選用，主要考慮以下的特性和參數(shù)要求傳感器的自振頻率大于1000Hz即可使用，對(duì)于難貫入的樁或特別大的樁可用3000g或更好動(dòng)態(tài)范圍的加速度傳感器。
當(dāng)傳感器1輸出為電荷的時(shí)候，自舉式傳感放大器2起到電荷放大器的作用，將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
同時(shí)由于應(yīng)力波在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于激振信號(hào)的強(qiáng)弱，或傳播距離的增加所產(chǎn)生的應(yīng)力波衰減等導(dǎo)致入射波和放射波的信號(hào)強(qiáng)弱不同，給檢測(cè)帶來(lái)很大的困難。在樁的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中，有時(shí)候反射波和入射波的峰值可能超過(guò)動(dòng)態(tài)診斷系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍，這樣就無(wú)法很好對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行檢測(cè)。為此，本發(fā)明中使用AD程控放大器3來(lái)對(duì)信號(hào)波進(jìn)行時(shí)變程控增益放大。通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)控制AD放大器3的不同放大倍數(shù)，將信號(hào)以適宜的振幅輸入到A/D轉(zhuǎn)換器4中。
如以AD526程控制放大器3為例AD526程控放大器其內(nèi)部集成了電阻網(wǎng)絡(luò)、放大器和TTL數(shù)字量鎖存器，不需要接外部元件，通過(guò)TTL數(shù)字量控制放大倍數(shù)，具有很低的增益誤差和非線性，其放大倍數(shù)為1、2、4、8、16?？刂品糯蟊稊?shù)主要由增益控制代碼(A2、A1和A0)取值來(lái)決定，B為高電平；此時(shí)當(dāng)CS和CLK電平為邏輯0時(shí)，AD526的放大倍數(shù)隨著A2、A1和A0的邏輯電平變化而變化，AD526的響應(yīng)時(shí)間大約為5.5μs；當(dāng)CS和CLK電平為邏輯1時(shí)，AD526的A2、A1和A0的值會(huì)被內(nèi)部寄存器鎖存，這時(shí)增益控制代碼改變不會(huì)影響放大倍數(shù)，直到CS和CLK的邏輯電平再次變回邏輯0后，增益控制代碼的改變才會(huì)有效。
經(jīng)過(guò)增益放大的模擬電壓信號(hào)傳遞給模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4來(lái)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，本發(fā)明中使用ADS7805轉(zhuǎn)換芯片作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器4。
以ADS7805芯片為例ADS7805芯片作為實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集的元器件。該A/D轉(zhuǎn)換芯片具有三態(tài)緩沖功能，其轉(zhuǎn)換結(jié)果可16位一起并行輸出，使其與16位數(shù)據(jù)總線的接口相當(dāng)方便。同時(shí)，也可由BYTE信號(hào)動(dòng)態(tài)控制輸出數(shù)據(jù)高字節(jié)或低字節(jié)，這樣與8位數(shù)據(jù)總線接口時(shí)，可分為兩次讀出16位數(shù)據(jù)。該芯片提供的控制信號(hào)包括CS(輸入)為片選信號(hào)；R/C(輸入)為讀取結(jié)果/啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)；BUSY(輸出)用于指示轉(zhuǎn)換是否完成；BYTE(輸入)信號(hào)用來(lái)控制從總線讀出的數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)換結(jié)果的高字節(jié)還是低字節(jié)。因此，對(duì)ADS7805實(shí)現(xiàn)一次完整的采樣操作，需要包括啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)兩部分構(gòu)成。CS和R/C兩根信號(hào)線控制著整個(gè)操作時(shí)序。
最后將轉(zhuǎn)換后的波形的數(shù)字信號(hào)通過(guò)微處理器的并行接口5讀取到微處理器6內(nèi)，供微處理器6內(nèi)的樁基測(cè)試模塊7進(jìn)行信號(hào)的采樣和曲線畫(huà)圖，并進(jìn)行樁基質(zhì)量分析。同時(shí)，樁基測(cè)試模塊通過(guò)并行接口來(lái)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器和AD放大器進(jìn)行控制。
權(quán)利要求
1.一種時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，包括用于接收錘在樁上的機(jī)械振動(dòng)波的信號(hào)傳感器，所述信號(hào)傳感器安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，傳感器連接到AD放大器，AD放大器的輸出通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，所述的微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，其特征在于所述的信號(hào)測(cè)試儀還包括用以將信號(hào)傳感器的信號(hào)放大的傳感放大器，所述的傳感放大器的輸出端連接信號(hào)傳感器，所述的傳感放大器的輸出端連接AD放大器的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，其特征在于所述的傳感放大器為自舉式傳感放大器，所述的傳感放大器包括用于接收檢測(cè)速度信號(hào)的壓感電容C0、與壓感電容串聯(lián)的限流電阻R1、限流電阻R2，所述的限流電阻R1、限流電阻R2與壓感電容形成回路，所述的自舉式加速度傳感放大器還包括用于接收待測(cè)電壓并形成輸出的電壓偏差補(bǔ)償電路，所述的偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端與所述壓感電容C0的正極相連，第二輸入端連接于限流電阻R1、限流電阻R2之間的中間節(jié)點(diǎn)，偏差補(bǔ)償電路的輸出端為信號(hào)輸出端。
3.如權(quán)利要求2所述的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，其特征在于所述的電壓偏差補(bǔ)償電路由放大器，保持電容C5和分流電阻R3組成，偏差補(bǔ)償電路的第一輸入端為放大器的輸入端正極，偏差補(bǔ)償電路的第二輸入端為放大器的輸入端負(fù)極，所述的放大器的輸入端正極與所述壓感電容C0的正極相連，輸出端與放大器的輸入端負(fù)極相連；所述的保持電容C5和分流電阻R3串聯(lián)，所述的保持電容C5連接放大器的輸入端負(fù)極，所述的分流電阻R3連接所述中間節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，其特征在于所述的限流電阻R1、限流電阻R2為大額電阻，所述的分流電阻R3為小額電阻。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與微處理器的并行接口連接。
全文摘要
一種時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀，包括用于接收錘在樁上的機(jī)械振動(dòng)波的信號(hào)傳感器，所述信號(hào)傳感器安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，傳感器連接到AD放大器，AD放大器的輸出通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，所述的微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，所述的信號(hào)測(cè)試儀還包括用以將信號(hào)傳感器的信號(hào)放大的傳感放大器，所述的傳感放大器的輸出端連接信號(hào)傳感器，所述的傳感放大器的輸出端連接AD放大器的輸入端。本發(fā)明提供一種能夠延長(zhǎng)信號(hào)時(shí)間、信號(hào)穩(wěn)定、可靠性好的時(shí)變程控樁基質(zhì)量測(cè)試儀。
文檔編號(hào)G01N3/34GK101037865SQ200610049799
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2006年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月13日
發(fā)明者趙新建, 陳慶章, 徐俊 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)