CN104749250A

CN104749250A - 一种带自动采集功能的声波仪

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Publication number: CN104749250A
Application number: CN201510149829.2A
Authority: CN
Inventors: 王槐仁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明涉及一种带自动采集功能的声波仪。包括上位计算机、电路模块、系统总线、机箱和井口计数滑轮，其特征在于：上位计算机采用WMCE工控机，设置在机箱顶部；电路模块分为主控制模块、计数器模块、通道采集模块，各电路模块分层插入机箱内系统总线母板插座上；两侧通过铝框固定，各层模块之间通过薄铝板屏蔽隔离；井口计数滑轮通过光电编码器计数接口连接机箱上的深度计数接口；上位计算机通过网络接口与系统总线上挂载的控制模块通讯。本发明内部电路采用插槽式模块化设计，电路连线少，抗干扰性能强，信噪比高，同时拆装检修方便，易拓展功能。

Description

一种带自动采集功能的声波仪

技术领域

本发明涉及一种带自动采集功能的声波仪。用于单孔一发双收测井的带自动采集功能的非金属声波仪，属于工程检测设备。它利用弹性的波速随岩体裂隙发育而降低，随应力增大而增大的特性，对岩土、建筑工程的混凝土内部强度和缺陷检测，测试洞室因开挖形成的松弛范围、研究洞室围岩节理、裂隙发育情况。工程建筑中，将工程地质与岩体力学联系起来解决工程地质评价等问题。

背景技术

目前单孔声波检测系统主要由：发射系统（发射换能器、或其他发射源）、接收系统（接收换能器）以及采集仪（声波仪进行控制、采集、处理、存储、显示）组成。系统的工作过程是：声波仪内置高压发射模块产生一定脉宽的高压信号至发射换能器，发射换能器将电信号转换成高频声波振动，并向岩体辐射。接收压电陶瓷换能器接收到岩体传播过来的超声波振动并转换为电信号，弱电信号经下井电缆传输至地面声波仪进行多级放大、滤波、最后采集、存储，声波仪同时将接收的两道波形实时显示在液晶屏上，现场检测人员对波形进行分析、判读等简单处理后存储至仪器硬盘。现场检测完毕后将全部测孔数据通过USB接口传送至计算机，通过windows系统下的分析软件完成最终的数据分析与处理，形成相应的检测成果报告。

传统声波仪器内部电路一般均设计成：接收信号放大、滤波、AD转换、采集、存储、显示。接口部分基本为发射1、接收1、接收2、同步信号输入/输出。

传统模式单孔声波检测时，一般两人配合完成检测任务，一人将一发双收换能器下放到钻孔底部，另外一人通过声波仪采集完某检测点数据后，人工提升换能器20cm至下一个检测点，两人配合逐点完成整个钻孔检测。钻孔检测过程耗时长，人工控制换能器提升距离，深度误差较大，且现场检测人员工作强度大，亟待改进检测方式，提升工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带自动采集模式的声波仪。仪器采用插槽式模块化设计，易拓展至四通道，提供井口自动计数滑轮，计数滑轮兼容三股电缆的传统一发双收换能器与最新的单根电缆一发双收换能器。

本发明的技术方案是：一种带自动采集功能的声波仪，包括上位计算机、电路模块、系统总线、机箱和井口计数滑轮，其特征在于：上位计算机采用WinCE工控机，设置在机箱顶部；电路模块分为主控制模块、计数器模块、通道采集模块，各电路模块分层插入机箱内系统总线母板插座上；两侧通过铝框固定，各层模块之间通过薄铝板屏蔽隔离；井口计数滑轮通过光电编码器的计数接口连接机箱上的深度计数接口；上位计算机通过网络接口与串口与系统总线上挂载的各模块通讯。

所述的计数器模块为深度计数模块，深度计数模块对光电编码器脉冲计数，深度计数值经总线传输至主控制模块。

所述的通道采集模块设计成两个并行的通道，通道采集模块对两道接收换能器传输上来的弱电信号同时进行多级程控放大、高通、低通滤波等信号调理后，进行AD转换，通过总线传输至主控制模块。

所述的主控制模块采用现场可编程门阵列FPGA器件，利用FPGA的I/O,网络传输器件，系统总线，与上位计算机通讯。

所述的主控制模块接收上位计算机相关指令后，通过总线控制高压发射、同步电路、其他模块协调工作，并将采集模块采到的波形数据与计数模块的深度计数值通过总线实时传回至主控模块。

所述的上位计算机，提供网络接口、串口等通讯接口，提供数据采集软件，与主控制模块通讯，下达相关控制指令，并采集、显示、存储波形数据与深度计数值。

所述的通道采集模块、深度计数模块、主控制模块分别平行插入机箱的铝框插槽固定，同时连接至背面接口板上的金手指插槽。

所述的接口板提供接口连接至WinCE工控机，采用触摸屏与旋钮两种操作方式。

所述的电路模块各层之间插入铝板进行屏蔽隔离。

所述的井口计数滑轮主要由井口固定支架、过线轮、压线轮、光电编码器和计数接口组成；过线轮、压线轮、光电编码器设置在井口固定支架上；光电编码器通过电缆与计数接口连接。

所述的井口计数滑轮的过线轮与压线轮的间距可调。

本发明的技术要点及有益效果：

1、仪器上位计算机采用低功耗ARM构架主机，内部电路采用插槽式模块化设计，各电路模块采用金手指插槽方式，挂载在总线插槽上，各电路模块之间无连线，有效降低线路干扰，方便拆装、检修，功能易拓展。

2、机箱内电路PCB板模块采用平行插入方式，各层之间通过铝板隔离，铝框屏蔽抗干扰能力强，信噪比高。

3、仪器外接井口自动计数滑轮，适用各种不同直径钻孔，兼容单线与多线一发双收换能器，声波测井时，一发双收换能器从孔底往上提升检测过程中无停顿，上位计算机软件通过该深度计数器根据提升距离自动采集、存储数据，大大提升了检测速度与效率，降低工作强度，节约工程检测成本。采用自动计数，同时系统带自动深度校准，完全剔除了人工控制提升距离误差大的现象，测点位置更精准，人为深度测量误差减少。

附图说明

图1为声波仪系统电路原理框图；

图2为声波仪机箱内部结构示意图；

图中：1、铝面板；2、 WinCE工控机；3、操作旋钮；4、侧固板。

图3为声波仪接口板、左右固定板、底板示意图；

图中：5、第一层电路板插槽与铝板插槽；6、第二层电路板插槽与铝板插槽；7、第三层电路板插槽；8、铝底板；9、接口板。10、背面接口板上的金手指插槽。

图4为井口计数滑轮示意图；

图中：41、井口固定支架；42、过线轮；43、压线轮；44、光电编码器；45、计数接口。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，声波仪内部各电路模块均连接在系统“总线”上。

物理连接上通过插槽挂载各模块PCB子板至总线插座板上。

上位计算机通过网络接口与总线上挂载的控制模块通讯。

控制模块接收到上位机通道设置指令后，通过总线I/O口控制采集模块，对信号进行调理、采样参数等进行设置。

控制模块接收到上位机自动模式指令后，通过总线I/O口控制深度计数模块进行自动计数。

控制模块接收到上位计算机采集指令后，通过总线I/O口控制高压发射模块、同步模块协调工作。

控制模块将通道模块采集到的数据、深度计数值，实时传回上位机显示、分析、处理、存储。

内置锂电池或外部电源通过总线分别给上位计算机与各模块供电。

电源输入、内部各模块的信号输入输出，均通过总线连接至仪器面板接口。

实施例2

如图2、图3所示，本发明的仪器机箱主要由下列零部件构成：1、铝面板；2、 WinCE工控机；3、操作旋钮；4、左侧、右侧固板；5、第一层电路板插槽与铝板插槽；6、第二层电路板插槽与铝板插槽；7、第三层电路板插槽与铝板插槽；8、铝底板；9、接口板；10、背面接口板上的金手指插槽。

本仪器的通道采集模块、深度计数模块、控制模块等电路板分别平行插入5、6、7铝框插槽固定，电路板同时平行插入连接至金手指插槽10。两层电路板之间插入铝板。接口板9提供接口连接至WinCE工控机2。

实施例3

如图4所示，本发明所述的井口计数滑轮主要由井口固定支架41、过线轮42、压线轮43、光电编码器44、计数接口45组成；过线轮、压线轮、光电编码器均设置在井口固定支架上。

光电编码器通过电缆与计数接口连接，计数接口连接声波仪深度计数接口。

压线轮与过线轮间距可调节，兼容三股电缆一发双收换能器与单根电缆一发双收换能器。

使用时，将一发双收换能器的电缆放到过线轮上，由压线轮将其压住，由人工提升一发双收声波换能器时，电缆通过孔口自动计数滑轮计数，声波仪内置软件根据深度变化情况每隔固定距离自动采集、储存数据。一发双收测井换能器最高提升速度可达20m/min左右，大大提高了现场检测效率，节约成本。

实施例4

本发明的一般操作过程：1、检查一发双收换能器、声波仪、下井滑轮是否工作正常，并将设备充满电；2、开启声波仪，安装井口计数滑轮，校正一发双收换能器下井电缆深度系数；3、同时先将一发双收换能器下放到孔底，电缆经过计数滑轮，同时通过靠紧轮压紧，防止打滑造成深度不准；4、设置工程名称、孔号、孔深、采集模式、移动步距（每隔多少距离自动采集）、移动方向等参数；5、设置成自动采集模式后，准备开始采集数据，匀速提起检测探头（控制速度在20m/min内），直到完成整个钻孔检测完成；6、工作完成，将一发双收换能器电缆盘好，仪器装入特定包装箱。

Claims

1.一种带自动采集功能的声波仪，包括上位计算机、电路模块、系统总线、机箱和井口计数滑轮，其特征在于：上位计算机采用WinCE工控机，设置在机箱顶部；电路模块分为主控制模块、计数器模块、通道采集模块，各电路模块分层插入机箱内系统总线母板插座上；两侧通过铝框固定，各层模块之间通过薄铝板屏蔽隔离；井口计数滑轮通过光电编码器计数接口连接机箱上的深度计数接口；上位计算机通过网络接口与系统总线上挂载的控制模块通讯。

2.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的计数器模块为深度计数模块，深度计数模块对光电编码器脉冲计数，深度计数值经总线传输至主控制模块。

3.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的通道采集模块设计成两个并行的通道，通道采集模块对两道接收换能器传输上来的弱电信号同时进行多级程控放大、高通、低通滤波等信号调理后，进行AD转换，通过总线传输至主控制模块。

4.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的主控制模块采用现场可编程门阵列FPGA器件，利用FPGA的I/O,网络传输器件，与上位计算机通讯。

5.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的主控制模块接收上位计算机相关指令后，通过总线控制高压发射、同步电路、其他模块协调工作，并将采集模块采到的波形数据与计数模块的深度计数值通过总线实时传回至主控模块。

6.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的上位计算机，提供网络接口、串口等通讯接口，提供数据采集软件，与主控制模块通讯，下达相关控制指令，并采集、显示、存储波形数据与深度计数值。

7.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的通道采集模块、深度计数模块、主控制模块分别平行插入机箱的铝框插槽固定，同时连接至背面接口板上的金手指插槽。

8.根据权利要求7所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的接口板提供接口连接至WinCE工控机,采用触摸屏与旋钮两种操作方式。

9.根据权利要求1或7所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的电路模块各层之间插入铝板进行屏蔽隔离。

10.根据权利要求1所述的带自动采集功能的声波仪，其特征在于：所述的井口计数滑轮主要由井口固定支架、过线轮、压线轮、光电编码器和计数接口组成；过线轮、压线轮、光电编码器设置在井口固定支架上；光电编码器通过电缆与计数接口连接；所述的井口计数滑轮的过线轮与压线轮的间距可调。