CN100480671C - 时变程控桩基质量测试仪 - Google Patents
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Abstract
一种时变程控桩基质量测试仪，包括用于接收锤在桩上的机械振动波的信号传感器，所述信号传感器安装在待测桩基的桩顶以下桩身两侧，传感器连接到AD放大器，AD放大器的输出通过A/D转换器与微处理器通信连接，所述的微处理器内设有根据传感器的信号进行桩基质量分析的桩基测试模块，所述的信号测试仪还包括用以将信号传感器的信号放大的传感放大器，所述的传感放大器的输出端连接信号传感器，所述的传感放大器的输出端连接AD放大器的输入端。本发明提供一种能够延长信号时间、信号稳定、可靠性好的时变程控桩基质量测试仪。
Description
(一)技术领域
本发明涉及桩基的结构检测，尤其是一种桩基质量测试仪。
(二)背景技术
随着高层建筑、桥梁及大型土建工程的增多，桩基被广泛应用。由于受地质条件和施工工艺的影响，桩基有时候会发生断裂或不均匀等缺陷，从而降低桩的负载力。因此，这些桩不能承受来自高层建筑和大桥的大的载荷，以至发生一些事故，如大楼或桥梁的倾斜和倒塌。为了保证工程质量，须对桩基进行检测。
在现今的桩结构质量检测中，振动法是最重要的检测方法之一。而在该方法中，桩结构状态信息是利用传感器提取的。因此如何提高传感器对信号的检测显得非常重要。而加速度传感器是一种广泛用于桩结构质量中测量振动和冲击加速度等状况的敏感器件，它也可以为结构动态分析提供测量手段。现有的各种加速度传感器大多采用压电效应作为其工作原理：即当加速度传感器受振动时，敏感的质量块产生一个变化的力作用在压点晶片上，由于压电效应缘故，在晶体两端面会出现一个变化的电荷或电势，该电荷量与承受的力成正比，也就是电荷量与此加速度传感器所承受的振动加速度成正比。
该技术能够检测桩的长度或者桩基是否有断裂或不均匀等缺陷。该技术通过用锤在桩上施加冲击，以产生弹性波和阻抗，再用信号传感器来接收桩在力的作用下的响应，把机械振动波转变为电信号，再通过自举式传感放大器，AD程控放大器以及A/D转换器对信号进行放大和模/数转换，并且和便携式计算机并行接口相连，来接收信号和控制信号的转换，最后在计算机上得到关于桩基结构的F-V图来判断桩基结构的完整性，依据F-V曲线来判断桩的基础质量。
存在的缺点是：信号传感器的测试信号时间短、信号不稳定，导致测试结果可靠性低。
(三)发明内容
为了克服已有的桩基质量测试仪测试信号时间短、信号不稳定、可靠性低的不足，本发明提供一种能够延长信号时间、信号稳定、可靠性好的时变程控桩基质量测试仪。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种时变程控桩基质量测试仪，包括用于接收锤在桩上的机械振动波的信号传感器，所述信号传感器安装在待测桩基的桩顶以下桩身两侧，传感器连接到AD放大器，AD放大器的输出通过A/D转换器与微处理器通信连接，所述的微处理器内设有根据传感器的信号进行桩基质量分析的桩基测试模块，所述的桩基质量测试仪还包括用以将信号传感器的信号放大的传感放大器，所述的传感放大器的输入端连接信号传感器，所述的传感放大器的输出端连接AD放大器的输入端。
进一步，所述的传感放大器为自举式传感放大器，所述的传感放大器包括用于接收检测速度信号的压感电容C0、与压感电容串联的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2，所述的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2与压感电容形成回路，所述的自举式传感放大器还包括用于接收待测电压并形成输出的电压偏差补偿电路，所述的偏差补偿电路的第一输入端与所述压感电容C0的正极相连，第二输入端连接于第一限流电阻R1、第二限流电阻R2之间的中间节点，偏差补偿电路的输出端为信号输出端。
再进一步，所述的电压偏差补偿电路由放大器，保持电容C5和分流电阻R3组成，偏差补偿电路的第一输入端为放大器的输入端正极，偏差补偿电路的第二输入端经分流电阻R3和保持电容C5连接到放大器的输入端负极，所述的放大器的输入端正极与所述压感电容C0的正极相连，输出端与放大器的输入端负极相连；所述的保持电容C5和分流电阻R3串联，所述的保持电容C5连接放大器的输入端负极，所述的分流电阻R3连接所述中间节点。
更进一步，所述的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2为大额电阻，所述的分流电阻R3为小额电阻。
所述的A/D转换器的输出与微处理器的并行接口连接。
本发明的工作原理是：信号传感器用以接收桩在力的作用下的响应，把机械振动波转变为电荷信号，并通过传感放大器把信号传感器输出得电荷信号转化为电压信号，并进行信号的时延和保持。同时AD程控放大器对信号进行时变增益放大，最后将信号传递给A/D转换器进行信号的模/数转换，并通过计算机的并行接口将数字信号传递给计算机进行处理。
在自举式传感放大器中，偏差补偿电路能够成倍的增加电路阻抗，成倍的减少电容释放的电流峰值，使得电荷释放的时间成倍增长，从而获得稳定的信号；能够得到可靠的测试结果。
本发明的有益效果主要表现在：1、延长信号时间、信号稳定；2、可靠性好。
(四)附图说明
图1是时变程控桩基质量测试仪的结构图。
图2是自举式传感放大器的电路结构图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1、图2，一种时变程控桩基质量测试仪，包括用于接收锤在桩上的机械振动波的信号传感器1，所述信号传感器1安装在待测桩基的桩顶以下桩身两侧，传感器1连接到AD放大器3，AD放大器3的输出通过A/D转换器4与微处理器6通信连接，所述的微处理器6内设有根据传感器的信号进行桩基质量分析的桩基测试模块7，所述的桩基质量测试仪还包括用以将信号传感器的信号放大的传感放大器2，所述的传感放大器2的输入端连接信号传感器1，所述的传感放大器2的输出端连接AD放大器3的输入端。
传感放大器2为自举式传感放大器，所述的传感放大器2包括用于接收检测速度信号的压感电容C0、与压感电容串联的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2，所述的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2与压感电容形成回路，所述的自举式加速度传感放大器还包括用于接收待测电压并形成输出的电压偏差补偿电路，所述的偏差补偿电路的第一输入端与所述压感电容C0的正极相连，第二输入端连接于第一限流电阻R1、第二限流电阻R2之间的中间节点，偏差补偿电路的输出端为信号输出端。所述的电压偏差补偿电路由放大器，保持电容C5和分流电阻R3组成，偏差补偿电路的第一输入端为放大器的输入端正极，偏差补偿电路的第二输入端经分流电阻R3和保持电容C5连接到放大器的输入端负极，所述的放大器的输入端正极与所述压感电容C0的正极相连，输出端与放大器的输入端负极相连；所述的保持电容C5和分流电阻R3串联，所述的保持电容C5连接放大器的输入端负极，所述的分流电阻R3连接所述中间节点。所述的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2为大额电阻，所述的分流电阻R3为小额电阻。
所述的A/D转换器4的输出与微处理器6的并行接口5连接。
其工作过程是：信号传感器1由激振力的大小可选用压电传感器，如为加速度传感器，其选用，主要考虑以下的特性和参数：要求传感器的自振频率大于1000Hz即可使用，对于难贯入的桩或特别大的桩可用3000g或更好动态范围的加速度传感器。
当传感器1输出为电荷的时候，自举式传感放大器2起到电荷放大器的作用，将电荷信号转化为电压信号。
同时由于应力波在介质中传播时，由于激振信号的强弱，或传播距离的增加所产生的应力波衰减等导致入射波和放射波的信号强弱不同，给检测带来很大的困难。在桩的基础结构中，有时候反射波和入射波的峰值可能超过动态诊断系统的动态范围，这样就无法很好对信号特征进行检测。为此，本发明中使用AD程控放大器3来对信号波进行时变程控增益放大。通过计算机来控制AD放大器3的不同放大倍数，将信号以适宜的振幅输入到A/D转换器4中。
如以AD526程控制放大器3为例：AD526程控放大器其内部集成了电阻网络、放大器和TTL数字量锁存器，不需要接外部元件，通过TTL数字量控制放大倍数，具有很低的增益误差和非线性，其放大倍数为1、2、4、8、16。控制放大倍数主要由增益控制代码(A2、A1和A0)取值来决定，B为高电平；此时当CS和CLK电平为逻辑0时，AD526的放大倍数随着A2、A1和A0的逻辑电平变化而变化，AD526的响应时间大约为5.5μs；当CS和CLK电平为逻辑1时，AD526的A2、A1和A0的值会被内部寄存器锁存，这时增益控制代码改变不会影响放大倍数，直到CS和CLK的逻辑电平再次变回逻辑0后，增益控制代码的改变才会有效。
经过增益放大的模拟电压信号传递给模/数转换器4来进行模/数转换，本发明中使用ADS7805转换芯片作为模/数转换器4。
以ADS7805芯片为例：ADS7805芯片作为实现A/D转换和数据采集的元器件。该A/D转换芯片具有三态缓冲功能，其转换结果可16位一起并行输出，使其与16位数据总线的接口相当方便。同时，也可由BYTE信号动态控制输出数据高字节或低字节，这样与8位数据总线接口时，可分为两次读出16位数据。该芯片提供的控制信号包括：CS(输入)为片选信号；R/C(输入)为读取结果/启动模数转换控制信号；BUSY(输出)用于指示转换是否完成；BYTE(输入)信号用来控制从总线读出的数据是转换结果的高字节还是低字节。因此，对ADS7805实现一次完整的采样操作，需要包括启动转换和读数据两部分构成。CS和R/C两根信号线控制着整个操作时序。
最后将转换后的波形的数字信号通过微处理器的并行接口5读取到微处理器6内，供微处理器6内的桩基测试模块7进行信号的采样和曲线画图，并进行桩基质量分析。同时，桩基测试模块通过并行接口来对A/D转换器和AD放大器进行控制。
Claims (4)
1、一种时变程控桩基质量测试仪，包括用于接收锤在桩上的机械振动波的信号传感器，所述信号传感器安装在待测桩基的桩顶以下桩身两侧，传感器连接到AD放大器，AD放大器的输出通过A/D转换器与微处理器通信连接，所述的微处理器内设有根据传感器的信号进行桩基质量分析的桩基测试模块，所述的桩基质量测试仪还包括用以将信号传感器的信号放大的传感放大器，所述的传感放大器的输入端连接信号传感器，所述的传感放大器的输出端连接AD放大器的输入端；其特征在于：所述的传感放大器为自举式传感放大器，所述的传感放大器包括用于接收检测速度信号的压感电容(C0)、与压感电容串联的第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)，所述的第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)与压感电容形成回路，所述的自举式传感放大器还包括用于接收待测电压并形成输出的电压偏差补偿电路，所述的偏差补偿电路的第一输入端与所述压感电容(C0)的正极相连，第二输入端连接于第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)之间的中间节点，偏差补偿电路的输出端为信号输出端。
2、如权利要求1所述的时变程控桩基质量测试仪，其特征在于：所述的电压偏差补偿电路由放大器，保持电容(C5)和分流电阻(R3)组成，偏差补偿电路的第一输入端为放大器的输入端正极，偏差补偿电路的第二输入端经分流电阻(R3)和保持电容(C5)连接到放大器的输入端负极，所述的放大器的输入端正极与所述压感电容(C0)的正极相连，输出端与放大器的输入端负极相连；所述的保持电容(C5)和分流电阻(R3)串联，所述的保持电容(C5)连接放大器的输入端负极，所述的分流电阻(R3)连接所述中间节点。
3、如权利要求2所述的时变程控桩基质量测试仪，其特征在于：所述的第一限流电阻(R1)、第二限流电阻(R2)为大额电阻，所述的分流电阻(R3)为小额电阻。
4、如权利要求1—3之一所述的时变程控桩基质量测试仪，其特征在于：所述的A/D转换器的输出与微处理器的并行接口连接。
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