專利名稱：一種數(shù)字式三分量波速探頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建設(shè)工程領(lǐng)域中的現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試領(lǐng)域，特別適合于巖土工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的工程 土動(dòng)力學(xué)參數(shù)，特別是一種數(shù)字式三分量波速探頭。
背景技術(shù)：
由于巖土的剪切波波速、壓縮波速以及巖土的壓縮波速和剪切波速比值等參數(shù)能較好的 反映場(chǎng)地巖土的動(dòng)力特性、場(chǎng)地土的工程力學(xué)性質(zhì)、場(chǎng)地土的工程實(shí)況，因此(GB50011-2001) 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、(GB50021-2001)《巖土工程勘察規(guī)范》都把場(chǎng)地土的壓縮波速和剪 切波速作為場(chǎng)地抗震類型、飽和土液化勢(shì)、巖石風(fēng)化等級(jí)的判別評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。場(chǎng)地土的剪切波 速測(cè)試也就成了所述規(guī)范所規(guī)定的強(qiáng)制性條款。在本發(fā)明之前，在工程勘察中所使用的三分 量波速探頭都是模擬式探頭，所有原始信號(hào)都要經(jīng)過(guò)幾十米，上百米的信號(hào)電纜傳輸?shù)降孛?的采集儀器，傳輸電纜一般都有至少9根互相絕緣的導(dǎo)線組成，經(jīng)過(guò)采集儀器的轉(zhuǎn)換，變?yōu)?數(shù)字信號(hào)，再顯示保存。但是在傳輸?shù)倪^(guò)程中，原始信號(hào)經(jīng)常會(huì)受到其他噪音信號(hào)的干擾， 信噪比降低，隨著傳輸距離的增加，有些微弱的原始信號(hào)甚至淹沒(méi)在噪音信號(hào)中，為了拾取 有用的原始信號(hào)，采集儀器需要采用不同的硬件措施和軟件手段，這樣不但增加了系統(tǒng)成本 和功耗，而且處理不當(dāng)，甚至取得的是錯(cuò)誤的震動(dòng)信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、抗干擾特性好的一種數(shù)字式三 分量波速探頭。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 一種數(shù)字式三分量波速探頭，包括殼體、 傳感器芯體、電磁機(jī)構(gòu)、與電磁機(jī)構(gòu)相配置的聯(lián)結(jié)在殼體上的彈臂，所述傳感器芯體、電磁 機(jī)構(gòu)設(shè)置在殼體內(nèi)，其不同之處在于所述殼體中還設(shè)置有電路模塊，所述電路模塊包括電 源電路、中央處理控制器、信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路，所述的信號(hào)采集電路、數(shù)字 信號(hào)傳輸電路分別和中央處理控制器連接，所述的信號(hào)采集電路包括信號(hào)采集接口，所述數(shù) 字信號(hào)傳輸電路設(shè)置有信號(hào)傳輸接口和連接中央處理控制器的通訊端口，所述信號(hào)采集電路 包括用于采集震動(dòng)信號(hào)的采集通道，所述信號(hào)調(diào)理電路將已經(jīng)采集的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、濾 波、阻抗變換，所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路將已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的震動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)降孛鎯x器信 號(hào)接收端。
按上述方案，所述殼體包括電路模塊保護(hù)殼體、傳感器保護(hù)殼體、電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼體， 所述電磁機(jī)構(gòu)設(shè)置在電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼體內(nèi)，所述傳感器芯體設(shè)置在傳感器保護(hù)殼體，所述電 路模塊設(shè)置在電路模塊保護(hù)殼體內(nèi)。
按上述方案，所述傳感器保護(hù)殼體為非磁性金屬材質(zhì)保護(hù)殼體。
按上述方案，所述通訊端口是RS485通訊端口 。
按上述方案，所述探頭電纜為四芯互相絕緣的導(dǎo)線組成的電纜，分別為一根電源線，一
3根地線， 一對(duì)RS485信號(hào)線。
按上述方案，所述中央處理控制器為單片機(jī)，單片機(jī)包括24位AD、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 按上述方案，所述單片機(jī)為MSC1210。
按上述方案，所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路包括MAX3483，單片機(jī)的串口線RX、 TX分別連接
MAX3483的第一腳R0和第四腳DI。
按上述方案，所述信號(hào)調(diào)理電路采用運(yùn)放AD620、可調(diào)增益運(yùn)放PGA103、運(yùn)放LM358。 按上述方案，所述信號(hào)調(diào)理電路還包含自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊，可以根據(jù)震動(dòng)信號(hào)大小自動(dòng)
調(diào)整信號(hào)放大倍數(shù)。
本發(fā)明工作原理土層深部產(chǎn)生的震動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路處理后進(jìn)入中央處理控制 器，經(jīng)過(guò)中央處理控制器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，暫時(shí)保存在中央處理控制器的數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，然后中 央處理控制器將數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)降孛鎭?lái)接收；當(dāng)探頭接通電源后，電 磁機(jī)構(gòu)將吸合彈臂，在地面的操作下，電磁機(jī)構(gòu)可以松開彈臂。
對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明使震動(dòng)信號(hào)在地層深部產(chǎn)生震動(dòng)的地方就 轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由于數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)、長(zhǎng)距離傳輸不失真，大大提高了本發(fā)明的抗 干擾特性，本發(fā)明便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、抗干擾特性好、信噪比高、靈敏度度高、測(cè)試深度大。


圖1為本發(fā)明的數(shù)字式三分量波速探頭的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的電路模塊的電路連接示意圖； 圖3為本發(fā)明的數(shù)字信號(hào)傳輸電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
圖1為本發(fā)明的數(shù)字式三分量波速探頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的電路模塊的電路 連接示意圖；如圖1所示， 一種數(shù)字式三分量波速探頭，包括殼體l、傳感器芯體2、電磁機(jī) 構(gòu)3、與電磁機(jī)構(gòu)相配置的聯(lián)結(jié)在殼體上的彈臂4，所述傳感器芯體2、電磁機(jī)構(gòu)3設(shè)置在殼 體1內(nèi)，其不同之處在于殼體l中還設(shè)置有電路模塊6,彈臂4端部可連接金屬蓋板5，探 頭中的電磁機(jī)構(gòu)3可通過(guò)將金屬蓋板5吸合在探頭端部從而來(lái)控制彈臂4的動(dòng)作，金屬蓋板 5 —般用鉸鏈、金屬繩等柔性材料系在彈臂4端部。如圖2所示，圖1中的電路模塊6包括 電源電路、中央處理控制器、信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路，所述的信號(hào)采集電路、數(shù) 字信號(hào)傳輸電路分別和中央處理控制器連接，所述的信號(hào)采集電路包括信號(hào)采集接口，所述 數(shù)字信號(hào)傳輸電路設(shè)置有信號(hào)傳輸接口和連接中央處理控制器的通訊端口；所述信號(hào)采集電 路包括用于采集震動(dòng)信號(hào)的采集通道，所述信號(hào)調(diào)理電路將已經(jīng)采集的震動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大、 濾波、阻抗變換，所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路將已經(jīng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的震動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)降孛鎯x器 信號(hào)接收端。震動(dòng)信號(hào)一般指來(lái)自直角坐標(biāo)X、 Y、 Z三個(gè)方向的信號(hào)，數(shù)字式三分量波速探頭的長(zhǎng)軸向?yàn)閆軸。
具體的，電源電路使用直流供電，可以是36伏到5伏之間的任意直流電電源。
較佳的，所述殼體1包括電路模塊保護(hù)殼體1-1、傳感器保護(hù)殼體l-2、電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼 體1-3，所述電磁機(jī)構(gòu)設(shè)置在電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼體1-3內(nèi)，所述傳感器芯體設(shè)置在傳感器保護(hù) 殼體卜2，所述電路模塊6設(shè)置在電路模塊保護(hù)殼體卜l內(nèi)。
具體的，所述傳感器保護(hù)殼體1-2為非磁性金屬材質(zhì)保護(hù)殼體。
具體的，所述通訊端口是RS485通訊端口 。
具體的，所述探頭電纜為四芯互相絕緣的導(dǎo)線組成的電纜，分別為一根電源線， 一根地 線， 一對(duì)RS485信號(hào)線。
具體的，所述中央處理控制器為單片機(jī)，單片機(jī)包括24位AD、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，經(jīng)過(guò)信號(hào) 調(diào)理后的震動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，保存在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，當(dāng)接受到儀器發(fā) 出的數(shù)據(jù)發(fā)送命令后，將通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸電路傳輸?shù)降孛娼邮軆x器內(nèi)，所述單片機(jī)可采用 MSC1210。
所述信號(hào)調(diào)理電路還可包含自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊，可以根據(jù)震動(dòng)信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)整信號(hào)放 大倍數(shù)。
圖3為本發(fā)明的數(shù)字信號(hào)傳輸電路的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，具體的，所述數(shù)字信號(hào) 傳輸電路包括MAX3483，來(lái)自單片機(jī)的串口線RX、 TX分別連接MAX3483的第一腳R0和第四 腳DI。
圖4為本發(fā)明的信號(hào)調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖4所示，具體的，所述信號(hào)調(diào)理電路 可采用運(yùn)放AD620、可調(diào)增益運(yùn)放PGA103、運(yùn)放LM358，震動(dòng)信號(hào)分別連接AD620的2腳和 3腳，八0620的輸出腳連接？0入103的第4腳，單片機(jī)的？1.1信號(hào)和？1.2信號(hào)分別連接卩0八103 的增益控制腳A0和A1。震動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)PGA103和R4連接，再和LM358的第3腳連接。
以上雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求的 范圍內(nèi)做出各種變形或修改。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字式三分量波速探頭，包括殼體、傳感器芯體、電磁機(jī)構(gòu)、與電磁機(jī)構(gòu)相配置的聯(lián)結(jié)在殼體上的彈臂，所述傳感器芯體、電磁機(jī)構(gòu)設(shè)置在殼體內(nèi)，其特征在于所述殼體中還設(shè)置有電路模塊，所述電路模塊包括電源電路、中央處理控制器、信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路，所述的信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路分別和中央處理控制器連接，所述的信號(hào)采集電路包括信號(hào)采集接口，所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路設(shè)置有信號(hào)傳輸接口和連接中央處理控制器的通訊端口；所述信號(hào)采集電路包括用于采集震動(dòng)信號(hào)的采集通道，所述信號(hào)調(diào)理電路將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的震動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)降孛鎯x器信號(hào)接收端。
2、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述殼體包括電路模塊保 護(hù)殼體、傳感器保護(hù)殼體、電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼體，所述電磁機(jī)構(gòu)設(shè)置在電磁機(jī)構(gòu)保護(hù)殼體內(nèi)， 所述傳感器芯體設(shè)置在傳感器保護(hù)殼體，所述電路模塊設(shè)置在電路模塊保護(hù)殼體內(nèi)。
3、 如權(quán)利要求2所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述傳感器保護(hù)殼體為非 磁性金屬材質(zhì)保護(hù)殼體。
4、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述通訊端口是RS485通 訊端口。
5、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述探頭電纜為四芯互相絕緣的導(dǎo)線組成的電纜，分別為一根電源線， 一根地線， 一對(duì)RS485信號(hào)線。
6、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述中央處理控制器為單片機(jī)，單片機(jī)包括24位AD、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。
7、 如權(quán)利要求6所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述單片機(jī)為MSC1210。
8、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路包 括MAX3483，單片機(jī)的串口線RX、 TX分別連接MAX3483的第一腳R0和第四腳DI。
9、 如權(quán)利要求l所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電路包括運(yùn) 放AD620、可調(diào)增益運(yùn)放PGA103、運(yùn)放LM358。
10、 如權(quán)利要求1所述的數(shù)字式三分量波速探頭，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理電路還包 含自動(dòng)增益調(diào)節(jié)模塊，可以根據(jù)震動(dòng)信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)整信號(hào)放大倍數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字式三分量波速探頭，包括殼體、傳感器芯體、電磁機(jī)構(gòu)、與電磁機(jī)構(gòu)相配置的聯(lián)結(jié)在殼體上的彈臂，所述傳感器芯體、電磁機(jī)構(gòu)設(shè)置在殼體內(nèi)，其不同之處在于所述殼體中還設(shè)置有電路模塊，所述電路模塊包括電源電路、中央處理控制器、信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路，所述的信號(hào)采集電路、數(shù)字信號(hào)傳輸電路分別和中央處理控制器連接，所述的信號(hào)采集電路包括信號(hào)采集接口，所述數(shù)字信號(hào)傳輸電路設(shè)置有信號(hào)傳輸接口和連接中央處理控制器的通訊端口；所述信號(hào)采集電路包括用于采集震動(dòng)信號(hào)的采集通道，所述信號(hào)調(diào)理電路將轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的震動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)降孛鎯x器信號(hào)接收端。
文檔編號(hào)G01V1/22GK101672926SQ20091027243
公開日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月16日
發(fā)明者張衛(wèi)東, 紀(jì)航濱, 華 顏 申請(qǐng)人:武漢中巖建科科技有限公司