專利名稱：工程地震地質(zhì)測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工程地震和地質(zhì)探測中，使用的一種測量儀器，它廣泛應(yīng)用在地基評(píng)價(jià)(包括地脈動(dòng)、剪切波速)、樁基測量、房屋自振、地震小區(qū)域規(guī)化、地殼淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)、石油探測、物探等方面的參數(shù)測量，為高層建筑結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性，提供可靠的依據(jù)，也為地質(zhì)勘探提供資料。
目前工程地震和地質(zhì)方面的測試儀很多，最常用的有兩種1.地基評(píng)價(jià)測試儀它用于測試地基地脈動(dòng)頻率，確定土質(zhì)的緊密程度。這種儀器的基本原理是采用浮地輸入前置放大器，經(jīng)濾波器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理測出速度、位移動(dòng)態(tài)參數(shù)。它具有增益高(整個(gè)系統(tǒng)高達(dá)20萬倍以上)，從而放大器具有共模抑制比高、信噪比高的條件。
2.淺層地震儀(其原理同于樁基測試儀)它用于測試淺層地質(zhì)對(duì)沖擊波速度和加速度的反應(yīng)，測出淺層地質(zhì)結(jié)構(gòu)(斷裂、縫隙狀態(tài)等)。這種儀器的基本原理是采用單端輸入放大器、經(jīng)濾波器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理測出速度、位移動(dòng)態(tài)參數(shù)。美國淺層地震儀具有24至128通道，可以解決淺層地質(zhì)剖面測量，我國樁基測試儀具有4通道，系統(tǒng)增益低(0.1于100倍)，主要用在強(qiáng)振動(dòng)的參數(shù)測量方面。
概括地說，上述現(xiàn)有的工程地震地質(zhì)測試儀存在如下缺陷1.這些測試儀都不能直接測出加速度動(dòng)態(tài)參數(shù)，如果需要測出地層加速度，必須在這類測試儀中，附加電荷放大器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
2.現(xiàn)有的工程地震地質(zhì)測試儀中，每一種性能的測試儀，儀能完成一種功能的動(dòng)態(tài)參數(shù)測量，譬如樁基測試儀只能測出樁的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
3.在測試過程中，首先必須進(jìn)行多次試探，確定儀器系統(tǒng)靈敏度是否適于測量被測參數(shù)，然后對(duì)儀器作相應(yīng)的調(diào)查，才能進(jìn)行被測參數(shù)的動(dòng)態(tài)測試，所以測試工作效率較低。
實(shí)際上，工程地震機(jī)地質(zhì)測試中，根據(jù)不同的測量方法、選用對(duì)應(yīng)的傳感器，譬如壓電晶體加速計(jì)、高靈敏度速度傳感器、低靈敏度速度傳感器等，通過測試儀測出各種動(dòng)態(tài)參數(shù)，譬如加速度、速度及位移。不論是建筑上對(duì)地層的測量，還是地質(zhì)勘探對(duì)地層的測量都需要綜合各種測量方法，得出比較全面、正確的依據(jù)，雖然上述單功能測試儀不能滿足實(shí)際工作的需要。
鑒此，本發(fā)明的目的是針對(duì)上述工程地震地質(zhì)測試儀存在的缺陷，提出一種多功能的工程地震地質(zhì)測試儀，它采用了五種放大方式的多功能放大器、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的比較增益控制器、程控濾波器，以及計(jì)算機(jī)的高速采集等，從而實(shí)現(xiàn)五種放大方式的功能測試，并且具有16通道，因此，本發(fā)明的測試儀大大提高測試工作效率、測試精確度、操作方便以及大幅度降低成本。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的工程地震地質(zhì)測試儀的目的，本發(fā)明的一個(gè)特征在于它包括多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制器(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址譯碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉(zhuǎn)換器(14)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(15)，以及計(jì)算機(jī)(16)，而且多功能放大器(2)包含方式控制器(5)控制的控制端B1、B2、B3和B4，B1、B2、B3和B4的模擬開關(guān)K1、K2、K3和K4，兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及兩個(gè)輸入電阻R。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于它包括多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制器(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址譯碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉(zhuǎn)換器(14)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(15)，以及計(jì)算機(jī)(16)，而且比較增益控制器(8)是由整形器(8a)、積分器(8b)、多級(jí)比較器(8c)、基準(zhǔn)源(8d)以及譯碼器(8c)構(gòu)成。
本發(fā)明的其它特征在于方式控制器(5)控制的控制端B4，使模擬開關(guān)K4閉合，控制端B1、B2和B3使模擬開關(guān)K1、K2和K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算入大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，以及兩個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
本發(fā)明的其它特征在于方式控制器(5)控制的控制端B3、B4，使模擬開關(guān)K3、K4閉合，控制端B1、B2使模擬開關(guān)K1、K2均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容2C，以及兩個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
本發(fā)明的其它特征在于方式控制器(5)控制的控制端B1、B4，使模擬開關(guān)K1、K4閉合，控制端B2、B3使模擬開關(guān)K2、K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
本發(fā)明的其它特征在于方式控制器(5)控制的B1、B3、B4，使模擬開關(guān)K1、K3、K4閉合，控制端B2使模擬開關(guān)K2斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
本發(fā)明的其它特征在于方式控制器(5)控制的B1、B2、B3，使模擬開關(guān)K1、K2、K3閉合，控制端B4使模擬開關(guān)K4斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，為A2的兩個(gè)反饋電阻Rf2，兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。


圖1是本發(fā)明的工程地震地質(zhì)測試儀基本原理框圖。
圖2是本發(fā)明的多功能放大器電路原理圖。
圖3是本發(fā)明的比較增益控制器原理框圖。
圖4是本發(fā)明的多功能放大器第一種功能電路原理圖。
圖5是本發(fā)明的多功能放大器第二種功能電路原理圖。
圖6是本發(fā)明的多功能放大器第三種功能電路原理圖。
圖7是本發(fā)明的多功能放大器第四種功能電路原理圖。
圖8是本發(fā)明的多功能放大器第五種功能電路原理圖。
參照圖1通過幾種測量方式詳細(xì)敘述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例如下一.房屋自振測量一臺(tái)具有16個(gè)通道的工程地震地質(zhì)測試儀，可以同時(shí)測量16個(gè)不同點(diǎn)的參數(shù)，首先將16個(gè)高靈敏度速度傳感器(1)放入待測房屋的16個(gè)不同待測點(diǎn)計(jì)算機(jī)(16)按固定程序，通過地址譯碼器(12)、選擇多功能放大器(2)的放大方式，即方式鎖存器(9)的地址，并且通過總線控制器(13)將多功能放大器置成三端輸入放大方式命令鎖存入方式鎖存器(9)，同時(shí)計(jì)算機(jī)(16)通過地址譯碼器(12)，選擇增益鎖存器(10)，將自動(dòng)增益調(diào)整命令鎖存入增益鎖存器(10)，鎖存器將取消增益控制器(6)的控制權(quán)，并將控制權(quán)交給比較增益控制器(8)，此時(shí)比較增益控制器(8)將控制程控放大器(3)、計(jì)算機(jī)(16)，通過地址譯碼器(12)、總線控制器(13)將頻率為0.1Hz至20Hz的頻帶命令，鎖存于濾波鎖存器(11)。濾波鎖存器(11)將通過濾波控制器(7)將程控濾波器(4)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，此時(shí)比較增益控制器(8)對(duì)程控放大器(3)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，達(dá)到最佳測試增益，然后進(jìn)行16個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集，采集后的波形將由計(jì)算機(jī)(16)顯示于屏幕上，并且存入磁盤中。
二.地脈動(dòng)測量首先把三分向高靈敏速度傳感器(1)接入該工程地震地質(zhì)測試儀的第1，2，3通道的輸入端，并將傳感器(1)放入被測點(diǎn)。然后計(jì)算機(jī)(14)通過地址譯碼(12)，分別選擇多功能放大器(2)的1，2，3方式鎖存器(9)、并通過總線控制器(13)，分別向這三個(gè)方式鎖存器(9)發(fā)出三端輸入放大方式命令，這三個(gè)方式鎖存器(9)將鎖存的此命令，通過方式控制器(5)，將多功能放大器(2)置成三端輸入方式。根據(jù)測量要求確定增益控制選擇，將計(jì)算機(jī)(16)通過地址譯碼器(12)，分別選擇1，2，3通道的放大系統(tǒng)的增益鎖存器(10)的地址，通過總線控制器(13)將相應(yīng)的三個(gè)鎖存器置成自動(dòng)增益控制方式，并設(shè)置比較增益控制器(8)中積分器(8b)的時(shí)間常數(shù)為2秒，則1，2，3通道的比較增益控制器(8)中，以2秒的積分時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)增益控制。計(jì)算機(jī)(16)通過地址譯碼器(12)選擇1，2，3通道的濾波鎖存器(11)，并通過總線控制器(13)，將濾波頻帶為0.5至20Hz的命令鎖存于濾波鎖存器(11)中，此時(shí)1，2，3通道的濾波器即被濾波控制器(7)控制為該頻帶的濾波段內(nèi)。
此時(shí)，比較增益控制器(8)對(duì)各自的通道增益進(jìn)行了最佳調(diào)整，當(dāng)計(jì)算機(jī)(16)進(jìn)行這三個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集后，進(jìn)行波形顯示和數(shù)據(jù)存貯，即完成地脈動(dòng)速度的采集測量。
當(dāng)進(jìn)行地脈動(dòng)位移采集時(shí)，計(jì)算機(jī)(16)只需要改變?nèi)齻€(gè)放大器系統(tǒng)的方式鎖存器(9)中的鎖存命令，該命令由方式控制器(5)，將這三個(gè)放大系統(tǒng)置成三端輸入積分放大方式進(jìn)行采集。
當(dāng)進(jìn)行地脈動(dòng)加速度測量，計(jì)算機(jī)(16)可以通過地址譯碼器(12)，分別重新選擇1，2，3通道的方式鎖存器(9)，將放大器系統(tǒng)設(shè)置成電荷放大器方式，此時(shí)將壓電晶體加速度計(jì)(1)替換速度傳感器后，即可以由計(jì)算機(jī)(16)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，完成地脈動(dòng)的加速度測量。
參照圖2、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8詳述本發(fā)明的工程地震地質(zhì)測試儀的一個(gè)實(shí)施例中，多功能放大器(2)的基本原理如下由方式控制器(5)控制的控制端B1、B2、B3、B4，使模擬開關(guān)K1、K2、K3、K4實(shí)現(xiàn)閉合和斷開，實(shí)現(xiàn)五種測量方式的功能，分別敘述如下一.適合高靈度速度放大K4閉合，K1、K2、K3斷開，多功能放大器(2)電路改為如圖4所示電路，即構(gòu)成最典型的三端輸入放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關(guān)系為Vout＝(1+2Rf1/Ril)(Rf2/Ri2)Vin二.適合高靈度位移放大K3、K4閉合，K1、K2斷開，多功能放大器(2)電路改為如圖5所示電路，構(gòu)成三端輸入積分放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關(guān)系為Vout＝(1+Rf1/Ri1)∫2Vin/Rf1C·dt·(Rf2/Ri2)＝(1+Rf1/Ri1)(Rf2/Ri2)(2/Rf1C)∫Vindt三.適于低增益強(qiáng)信號(hào)測試K1、K4閉合，K2、K3斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖6所示電路，構(gòu)成單端輸入放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關(guān)系為Vout＝(1+2Rf1/Ri1)(Rf2/Ri2)Vin四.適于低增益強(qiáng)信號(hào)測試K1、K4、K3閉合，K2斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖7所示電路，構(gòu)成單端輸入積分放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關(guān)系為Vout＝(1+2Rf1/Ri1)(Rf2/Ri2)∫Vin/Rf1C·dt＝1/Rf1C(1+2Rf1/Ri1)(Rf2/Ri2)∫Vindt。
五.適于電荷輸出的壓電晶體加速度傳感器K1、K2、K3閉合，K4斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖8所示電路，構(gòu)成電荷放大器，其輸入電荷Qin與輸出電荷Vout的關(guān)系為Vout＝2×qin/C＝(2/C)qin參照圖3詳述本發(fā)明的工程地震地質(zhì)測試儀的一個(gè)實(shí)施例中，比較增益控制器(8)的基本原理如下根據(jù)輸入電壓Vin輸入到程控放大器(3)的信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)整的，圖3中虛線內(nèi)部為比較增益控制器(8)的原理框圖，當(dāng)輸入信號(hào)Vin一部分進(jìn)入程控放大器(3)，另一部分進(jìn)入比較增益控制器(8)內(nèi)的整形器(8a)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行全波整流。整流后的信號(hào)電平經(jīng)積分器(8b)進(jìn)行按計(jì)算機(jī)(16)要求的積分時(shí)間常數(shù)積分后，輸入到多級(jí)比較器(8c)與基準(zhǔn)沆(8d)進(jìn)行比較，比較后的邏輯控制信號(hào)送入譯碼器(8e)進(jìn)行譯碼，當(dāng)增益鎖存器(10)得到自動(dòng)增益控制命令后，即將增益控制輸出線置成三態(tài)，并向比較增益控制器(8)的允許線提供允許信號(hào)，當(dāng)比較增益控制器(8)內(nèi)的譯碼器(8e)接收到允許信號(hào)后，立即對(duì)比較增益控制器(8)輸出邏輯譯碼后，對(duì)增益控制器(6)進(jìn)行控制，增益控器(6)對(duì)程控放大器(3)實(shí)施控制，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制。
本發(fā)明的工程地震地質(zhì)測試儀的一個(gè)實(shí)施例中，還采用了程控濾波器(4)，它是由濾波控制器(7)，通過改變?yōu)V波器電阻的方法，改變高、低通濾波器的上、下限頻率達(dá)到控制的。此外，采用高速計(jì)算機(jī)，解決采集速度與采集數(shù)據(jù)量之間的矛盾，也解決了高速采集的同時(shí)，能進(jìn)行儀器參數(shù)的調(diào)整，使測量結(jié)果能實(shí)行實(shí)時(shí)處理。
權(quán)利要求
1.一種工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于它包括多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址譯碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉(zhuǎn)換器(14)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(15)，以及計(jì)算機(jī)(16)，而且多功能放大器(2)包含方式控制器(5)控制的控制端B1、B2、B3和B4，B1、B2、B3和B4的模擬開關(guān)K1、K2、K3和K4，兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及兩個(gè)輸入電阻R。
2.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制器(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址譯碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉(zhuǎn)換器(14)、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(15)，以及計(jì)算機(jī)(16)，而且比較增益控制器(8)是由整形器(8a)、積分器(8b)、多級(jí)比較器(8c)、基準(zhǔn)源(8d)、以及譯碼器(8c)構(gòu)成。
3.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于方式控制器(5)控制的控制端B4，使模擬開關(guān)K4閉合，控制端B1、B2和B3使模擬開關(guān)K1、K2和K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算入大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩上反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，以及兩個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
4.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于方式控制器(5)控制的控制端B3、B4，使模擬開關(guān)K3、K4閉合，控制端B1、B2使模擬開關(guān)K1、K2均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容2C，以及兩個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于方式控制器(5)控制的控制端B1、B4，使模擬開關(guān)K1、K4閉合，控制端B2、B3使模擬開關(guān)K2、K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于方式控制器(5)控制的B1、B3、B4，使模擬開關(guān)K1、K3、K4閉合，控制端B2使模擬開關(guān)K2斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，分別為A1和A2的兩個(gè)反饋電阻Rf1和兩個(gè)反饋電阻Rf2，一個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri1和兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
7.按權(quán)利要求1所述的工程地震地質(zhì)測試儀，其特征在于方式控制器(5)控制的B1、B2、B3，使模擬開關(guān)K1、K2、K3閉合，控制端B4使模擬開關(guān)K4斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個(gè)運(yùn)算放大器A1和一個(gè)運(yùn)算放大器A2，為A2的兩個(gè)反饋電阻Rf2，兩個(gè)增益調(diào)節(jié)電阻Ri2，兩個(gè)反饋電容C，以及一個(gè)輸入電阻R構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及工程地震和地質(zhì)探測中，使用的一種測量儀器，它應(yīng)用在地基評(píng)價(jià)、樁基測量、房屋自振、地質(zhì)勘探等方面參數(shù)測量，為高層建筑結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的合理性提供可靠依據(jù)，也為地質(zhì)勘探提供資料。它采用了五種放大方式的多功能放大器、自動(dòng)增益控制的比較增益控制器、程控濾波器，以及計(jì)算機(jī)調(diào)整采集等，從而實(shí)現(xiàn)16通道、五種功能測試，從而大大提高測試工作效率、測試精度，同時(shí)該儀器操作方便、成本也大大降低。
文檔編號(hào)G01V1/24GK1062420SQ90109910
公開日1992年7月1日 申請日期1990年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月15日
發(fā)明者鄧中華 申請人:鄧中華