CN201110842Y - 一种声波检测控制的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声波检测控制的装置，它包括收发两用声波传感器，收发两用通道，控制单元，编码器，计算机系统，第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi与声波发射机的第i个发射端子Ai连接，第i个收发半双工电路Ti的输出端Toi与第i个信号放大滤波与采集电路Ii的输入端连接；收发两用声波传感器与收发两用通道连接；控制单元通过总线与计算机系统连接；控制单元通过端口与高度位置编码器连接；控制单元通过端口与声波发射机连接；控制单元通过端口与信号放大滤波与采集电路连接。该装置结构简单，检测效率高。

Description

一种声波检测控制的装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程检测领域中的应用声波透射法检测基桩完整性的技术领域，具体涉及一种声波检测控制的装置。

背景技术

声波透射法检测基桩完整性

应用岩土工程中声波透射法检测灌注基桩的完整性，要在灌注混凝土前，在基桩的钢筋笼上预先放置M(2≤M)根相互平行的声测管，声测管管长与桩的长度(钢筋笼的长度)一致，桩体混凝土灌注完成后声测管均被埋入基桩桩体，第i(1≤i≤M)根声测管与第j(i≠j)(1≤j≤M)根声测管之间构成一个从桩底到桩顶的检测剖面i≡j，(剖面以构成剖面的两根声测管的编号i、j和水平连接线“≡”标识)。将声波仪的发射传感器与接收传感器分别放置在第i根声测管与第j根声测管之内的测点，发射传感器发射一组声波，接收传感器接收这组声波，根据接收到的声波波形分析两个传感器之间的混凝土的灌注质量(也就是基桩在此测点的灌注质量)，一个测点检测完成后，按照规定的测点间隔，同步提升发射传感器和接收传感器至下一个测点位置，继续进行下一个测点的检测，直至完成整个i≡j剖面的检测。这样一个逐次同步提升、检测，直至特定剖面检测完成的过程称为一个提升检测过程。

一个埋设有M个声测管的基桩，声测管之间共构成M*(M-1)/2个检测剖面。多数传统的用于岩土工程检测的声波仪一个提升检测过程只能检测一个或两个剖面，一个提升检测过程完成后须将传感器再分别放入其它待检测的剖面对应的声测管，开始新的提升检测过程。对于声测管较多的情况，需要在不同的声测管内多次的放置、提升传感器(即需要多个提升检测过程)。例如使用单通道声波仪，一个提升检测过程只能完成一个检测剖面的检测工作，对于埋设3根声测管(构成3个剖面)的基桩，需要3个提升检测过程才能完成检测任务；对于埋设4根声测管(构成6个剖面)的基桩，需要6个提升检测过程才能完成检测任务；对于埋设5(构成10个剖面)根声测管的基桩，需要10个提升检测过程才能完成检测任务；使用双通道声波仪，一个提升检测过程可以完成两个检测剖面的检测工作，对于埋设3根声测管(构成3个剖面)的基桩，需要2个提升检测过程才能完成检测任务；对于埋设4根声测管(构成6个剖面)的基桩，需要3个提升检测过程才能完成检测任务；对于埋设5(构成10个剖面)根声测管的基桩，需要5个提升检测过程才能完成检测任务。

为了确保检测区域能够尽量多的覆盖桩体，《建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)》规定，必须对桩体内多个声测管形成的所有剖面进行检测，且每个检测剖面在高度方向测点的间距不大于0.25米。基桩内如果埋设两根声测管，声测管之间形成一个剖面；基桩内如果埋设三根声测管，声测管之间形成三个剖面；基桩内如果埋设四根声测管，声测管之间形成六个剖面；工程实践中有埋设五根声测管(甚至有埋设更多声测管)的情况。根据《建筑基桩检测技术规范(JGJ1062003)》规定，对直径大于2米的桩，至少应设置4根声测管，形成6个检测剖面，每个检测剖面的测点间隔不大于0.25米，如桩长100米，每个剖面的测点数量不少于400个，6个检测剖面总计不少于2400个测点。一个工程有时有数百上千根桩需要检测，检测工作量巨大。

现有检测设备与技术

传统的用于岩土工程检测的声波仪(RSMSY5声波仪、SYC-2声波仪、专利申请号为02147760.4的发明专利、公开号为2079657的实用新型专利、公开号为85102018的发明专利、公开号为85102580的发明专利涉及的声波仪、NM-4A声波仪、RS-ST01C声波仪、ZBL-U520A声波仪等等)通常有一个发射通道、一个或两个接收通道，发射通道的发射电压在200伏到1000伏之间，发射通道只能用于激励声波传感器发射声波，接收通道只能用于接收声波。

传统的用于金属材料无损检测的声波仪(美国STAVELEY 1000S/1200S超声检测仪、英国Masterscan340超声波探伤仪、武汉中科创新技术有限公司HS611e型超声检测仪)通常有一个收发双工通道，一个通道连接一个传感器，发射与接收均由此通道完成。

专利申请号为02147760.4的发明专利涉及一种多跨孔全组合巡测式声波检测装置，实质是一台单发单收的声波仪，有一个发射通道、一个接收通道，根据检测需要由程控单刀3掷继电开关切换声波传感器的发射与接收功能，每个发射与接收过程将多个传感器中的某两个传感器分别切换到发射机和接收端，切换到发射机的用作发射传感器，切换到接收端的用作接收传感器；可将N个声波传感器分别放置在N个声测管内相同的高度测点位置，由程控切换声波传感器的发射与接收功能。

使用声波透射法检测灌注基桩时，提升声波传感器的提升方式通常为人工直接手工提升或由人工通过带有高度位置编码器的装置提升。人工直接手工提升传感器时，传感器的高度位置由人工根据电缆线上的位置标识判读，此时一个提升检测过程在每个测点均需停顿判读传感器位置；人工通过带有高度位置编码器的装置提升传感器时，传感器的高度位置由声波仪自动读取高度位置编码器的编码值获取，此时一个提升检测过程是连续的，在每个测点声波仪会自动根据高度位置编码器的编码值判读传感器位置。

存在的问题与缺陷

一.检测效率

声波透射法检测灌注基桩时，真正影响检测效率的因素有两个：

(一)提升检测过程中声波传感器的提升速度；声波传感器的提升速度主要决定于：①检测装置完成一次发射和接收需要的时间；这个时间由发射机的充电时间、声波的传播时间、接收记录时间、计算机系统的处理时间、声波在基桩桩体内的振荡持续时间等构成；其中声波在基桩桩体内的振荡持续时间是最重要的影响因素，一次发射的声波在基桩桩体内振荡持续的时间通常在几毫秒到几十个毫秒，必须等到前一次发射的声波在基桩桩体内基本衰减消失才能进行下一次发射，否则会导致下一次接收到的声波信号叠加有前一次发射的声波的残余振荡部分；随着技术的发展发射机的充电时间、计算机系统的处理时间均会缩短，但是声波在基桩桩体内的振荡持续时间不会缩短；②提升检测过程中一个测点高度位置上需要的发射次数；使用传统的用于岩土工程检测的单通道或双通道声波仪，一个提升检测过程中每个测点高度位置上需要进行一次发射。使用专利申请号为02147760.4的发明专利涉及一种多跨孔全组合巡测式声波检测装置，一个提升检测过程中每个测点高度位置上需要进行M*(M-1)/2次发射与接收。

(二)提升检测过程的次数；通常声波传感器与声波仪之间的连接电缆线的长度在数十米甚至百米以上，每个提升检测过程需要在不同的声测管之间移动并放置声波传感器，十分不便。通常在不同的声测管之间移动并放置声波传感器的所需要的时间与提升检测过程的时间相当，有时甚至超过提升检测过程所需要的时间。所以减少提升检测过程的次数也是非常重要的。

对于埋设有M个声测管的基桩的M*(M-1)/2个检测剖面，使用传统的用于岩土工程检测的单通道声波仪需要M*(M-1)/2个提升检测过程，使用传统的用于岩土工程检测的双通道声波仪，需要M*(M-1)/4个提升检测过程，单通道和双通道声波仪在提升检测过程中每个高度位置上都是只需要进行一次发射，因此单通道和双通道声波仪的声波传感器的提升速度基本相同，双通道声波仪提升检测过程的次数较单通道声波仪少一倍，检测效率高一倍。在传统的用于岩土工程检测的双通道声波仪的技术路线上构建一个发射通道、(M-1)个接收通道的声波仪，M*(M-1)/2剖面还是需要多个提升检测过程，原因在于发射通道只能用于激励声波传感器发射声波，接收通道只能用于接收声波。

使用专利申请号为02147760.4的发明专利涉及的多跨孔全组合巡测式声波检测装置可以在一个提升检测过程内完成基桩桩体内M*(M-1)/2剖面的检测工作，但是在这一个提升检测过程中每个高度位置上需要进行M*(M-1)/2次发射过程；既此技术可以减少提升检测过程的次数，但是并不能减少发射的次数，其发射次数与单通道声波仪所需的发射次数相同，其提升速度较单通道和双通道声波仪的声波传感器的提升速度下降M*(M-1)/2倍。

要提高检测效率，应尽量提高检测中声波传感器的提升速度，尽量减少检测中所需的提升检测过程的次数。

二.检测装置的无故障期限

用于岩土工程检测的声波仪通常工作电压在200伏到1000伏，声波仪与声波传感器的使用无故障期限直接与高压状态下的发射次数相关，易于损坏；岩土工程往往地处偏僻，且检测工作有很强的时间性，检测工作不结束下一道工序的工作就不能开展，因此一旦检测设备损坏，会极大的影响工程的正常进展。

专利申请号为02147760.4的发明采用的通道切换方式为：声波传感器通过单刀3掷继电开关切换到发射机即被用作发射传感器，通过单刀3掷继电开关切换到输入n选一模拟电子开关即被用作接收传感器，将声波传感器由发射状态切换到接收状态时，先将声波传感器切换到短路状态，防止传感器上由发射机充电保持的高压被直接介入接收电路。这种通道切换方式有较大的缺陷：1)一次发射只对应一个接收，工作效率较低；2)声波传感器通过单刀3掷继电开关切换，这种继电开关是靠触点的机械移动完成切换的，继电开关易于损坏；3)声波传感器在由发射状态切换到接收状态时，须先将声波传感器切换到短路状态，此时声波传感器内由发射机充入的高电压(通常为数百伏)瞬间机械切换到短路，继电开关内的触点会出现打火花现象，影响继电开关的使用寿命；上述1)、2)、3)缺陷导致基于专利申请号为02147760.4的发明的技术的工作效率不足够高，声波仪易于损坏，不能满足声波透射法检测中巨大检测工作量的需求；也正是上述1)、2)、3)三种缺陷的限制，目前市场上未见应用此技术的实用产品。

要提高检测效率、要提高检测装置的无故障期限，应根据声波透射法检测基桩完整性方法的特点设计高效的检测控制方法，减少检测中所需的发射次数。

近年来随着电子技术的飞速发展，应用中对检测仪器的质量可靠性的要求日益提高，检测仪器的质量可靠性已经成为最为重要的选择依据，同时社会对于工程质量的重视程度也逐年提高，检测工作量大幅度提高，对检测设备的工作效率也有更高的要求，发展新技术的要求十分迫切。

发明内容

本实用新型的目的是在于提供了一种声波检测控制的装置，适用于声波透射法检测埋设有M个声测管的基桩的完整性，该装置结构简单，有N(M≤N)个通道，可在一个提升检测过程内完成整个基桩的检测工作；M个声波传感器与检测控制装置的N个通道的连接关系是任意的，可以任意控制声波检测控制装置每一个通道的发射与接收状态；当检测控制装置的x(x≤N-2)个通道损坏时，实际可使用通道数为N-x(2≤N-x)个，此时仍然可适用于声测管数量少于或等于N-x个的基桩的检测任务。

发明思路：

为方便叙述，首先确定剖面的命名规则：对于埋设有M个声测管的基桩，第i(1≤i≤M)根声测管与第j(i≠j)(1≤j≤M)根声测管之间构成的剖面命名为i≡j；基桩桩体内M个声测管构成M*(M-1)/2个检测剖面，分别标识为：

1≡2、……、1≡M；(第1根声测管与第2、……、M根声测管构成的剖面)；

……；

i≡(i+1)、……、i≡M；(第i根声测管与第i+1、……、M根声测管构成的剖面)；

……；

(M-1)≡M；(第M-1根声测管与第M根声测管构成的剖面)；

将M个声测管内分别放置一个收发两用(即可以用作发射也可以用作接收的)声波传感器，M个声波传感器的测点高度相同，①.对于剖面1≡2、……、1≡M(第1根声测管与第2、……、M根声测管构成的剖面)，在第1根声测管内发射声波，在其他第2、……、M根声测管内同时接受，既可以在一次发射过程中完成1≡2、……、1≡M剖面内的此测点高度位置的检测；②.对于剖面i≡(i+1)、……、i≡M(第i根声测管与第i+1、……、M根声测管构成的剖面)，在第i根声测管内发射声波，在其他第i+1、……、M根声测管内同时接受，既可以在一次发射过程中完成i≡(i+1)、……、i≡M剖面内的此测点高度位置的检测；③.对于剖面(M-1)≡M(第M-1根声测管与第M根声测管构成的剖面)，在第(M-1)根声测管内发射声波，在第M根声测管内同时接受，完成(M-1)≡M剖面内的此测点高度位置的检测；

这样既可在M-1个发射过程中完成所有M*(M-1)/2个检测剖面内对应此测点高度位置的检测工作。完成所有剖面在此测点高度的检测工作后，再同步提升这M个声波传感器到下一个测点高度重复上述过程，直至检测工作结束，从而在一个提升检测过程内完成整个基桩的检测工作。

上述的检测流程要求检测装置必须有三个基本特点：①一个声波传感器在发射时，多个其它声波传感器在接收，即检测装置必须是多通道的；②放置在第i(2≤i≤M-1)根声测管内的声波传感器是收发两用的传感器；③与第i(2≤i≤M-1)根声测管内的声波传感器连接的通道应即可用于发射也可用于接受，为收发半双工性质(用于发射时不接受，用于接收时不发射)。

根据《建筑基桩检测技术规范(JGJ106 2003)》规定，检测每个剖面时，剖面内的所有测点应使用相同的仪器状态参数，在建立以测点高度位置为基本检测单位的检测流程时，每次发射必须根据发射传感器与接收传感器所在的剖面，设置接收传感器对应通道的状态参数，因此必须在检测开始前对每一个剖面设置相应的通道的状态参数(增益参数、滤波参数、采样延时参数、采样频率参数、采样点数参数)。

要设计使用寿命更长、现场适应能力更强的声波检测装置，首先应设计更加合理的工作方法，提高检测效率；其次应从原理上选用工作寿命更长的现有技术的收发半双工电路；最后还应考虑即使检测装置的某些通道损坏，只要不是全部的通道都损坏，剩余的通道仍然可以作为一个较小的检测系统继续使用。为了达到此目的必须使用收发两用声波传感器、检测装置的通道必须是收发两用通道，检测装置可以任意控制每一个通道的发射与接收状态，且收发两用声波传感器与收发两用通道的输入端的对应关系应任意。

本实用新型采用以下技术方案实现上述发明目的：

对于埋设有M个声测管的基桩，使用有N(M≤N)个通道的检测控制装置；

检测控制装置的N(M≤N)个通道中的第j(1≤j≤N)个通道Chj由收发半双工电路Tj、信号放大滤波与采集电路Ij、声波发射机A的发射端子Aj构成；

在编号为1、……、m的声测管内分别放置一个收发两用声波传感器，声测管i(1≤i≤M)内放置的收发两用声波传感器标识为Si；

M个收发两用声波传感器S1、……、Sm的高度位置相同，声波传感器S1、……、Sm的电缆线在提升过程中可带动高度位置编码器FMA滚动；

M个收发两用声波传感器S1、……、Sm分别与检测控制装置的N个通道中的一个通道的输入端连接；连接关系任意：声波传感器Si(1≤i≤M)与检测控制装置的第j(1≤j≤N)个通道Chj的输入端连接，一个声波传感器只能与检测控制装置的一个通道的输入端连接，检测控制装置的一个通道的输入端也只能与一个声波传感器连接；

控制单元CPLD通过总线BUS与计算机系统CPU连接，控制单元CPLD通过端口与声波发射机A连接，控制单元CPLD通过端口与高度位置编码器FMA连接，控制单元CPLD通过端口与检测控制装置的N个通道Ch1、……、Chn连接；

一种声波检测控制的装置，其连接关系是：

声波检测控制装置由N个收发两用声波传感器S1、……、Sn，N个收发两用通道Ch1、……、Chn(1个有N个发射端子A1、……、An的声波发射机A，N个收发半双工电路T1、……、Tn，N个信号放大滤波与采集电路I1、……、In)，1个计算机系统CPU，1个控制单元CPLD，1个高度位置编码器FMA组成。声波检测控制装置的原理图见图1。

第i个收发两用通道Chi由第i个收发半双工电路Ti、第i个信号放大滤波与采集电路Ii、声波发射机A的第i个发射端子Ai构成，第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi与声波发射机A的第i个发射端子Ai连接，第i个收发半双工电路Ti的输出端Toi与第i个信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi连接；第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi即作为第i个收发两用通道Chi的输入端，第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi用于与声波传感器连接。第i个收发两用通道Chi用作发射时，声波发射机A通过第i个发射端子Ai激励连接在第i个收发两用通道Chi的输入端Tsi上的声波传感器发射出声波，此时与声波发射机A的第i个发射端子Ai连接的第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi电压变化超出收发半双工电路Ti的限幅电压，导致第i个收发半双工电路Ti的输出端短路，保护第i个信号放大滤波与采集电路Ii；第i个收发两用通道用作接收时，连接在第i个收发两用通道Chi的输入端Tsi上的声波传感器接收到的信号电压不会超出收发半双工电路Ti的限幅电压范围，可以传递到第i个信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi。

对埋设有M根声测管的基桩进行检测时，声测管的数量M小于或等于收发两用通道的数量N，只使用N个收发两用声波传感器S1、……、Sn中的M个声波传感器S1、……、Sm；M个收发两用声波传感器S1、……、Sm分别与N个收发两用通道Ch1、……、Chn的输入端Ts1、……、Tsn中的任意1个收发两用通道的输入端连接；收发两用声波传感器与收发两用通道的输入端的对应关系任意，第i(1≤i≤m)个收发两用声波传感器Si与第j(1≤j≤n)个收发两用通道的输入端Tsj连接，一个收发两用声波传感器只能与一个收发两用通道的输入端连接，一个收发两用通道的输入端也只能与一个收发两用声波传感器连接。

连接M个声波传感器S1、……、Sm和M个所用收发两用通道Ch1、……、Chm输入端Ts1、……、Tsm(也是M个收发半双工电路T1、……、Tm的输入端Ts1、……、Tsm)的电缆线与高度位置编码器FMA滚动接触，同步提升M个声波传感器S1、……、Sm的位置时，电缆线带动高度位置编码器FMA滚动，高度位置编码器FMA给出M个声波传感器S1、……、Sm的当前位置的编码值。

控制单元CPLD通过总线BUS与计算机系统CPU连接；控制单元CPLD通过总线BUS接收计算机系统CPU设置的参数、将检测纪录的数据传递给计算机系统CPU。

控制单元CPLD通过端口与高度位置编码器FMA连接；控制单元CPLD直接读取高度位置编码器FMA的编码值对应的声波传感器S1、……、Sm的高度位置，当声波传感器S1、……、Sm的高度位置达到预先设置好的当前测点高度时，启动(M-1)个发射与接受过程。

控制单元CPLD通过端口与声波发射机A连接；当需要与声波发射机A的第i个发射端子Ai连接的声波传感器用做发射传感器时，CPLD控制声波仪A的第i个发射端子Ai产生一触发信号，控制声波仪的第i个发射端子Ai瞬间放电并瞬间再次充电恢复到原有的静态高压，激励该声波传感器发射声波。

控制单元CPLD通过端口与N个信号放大滤波与采集电路I1、……、In连接；控制单元CPLD提供N个信号放大滤波与采集电路I1、……、In的控制信号：设置滤波参数、设置增益参数、设置A/D转换参数、控制A/D转换过程。

本实用新型的有益效果是：

①采用N(M≤N)通道技术方案，一次发射可对应多个接收传感器，检测效率高。专利申请号为02147760.4的发明专利涉及的工作方式，也仅需要一个提升检测过程即可完成整个基桩的检测工作，但是此技术不仅有声波传感器在发射与接收电路间频繁机械切换带来的寿命短、工作可靠性低的缺点，此技术还有效率低的缺点，每个测点高度位置的检测工作需要M*(M-1)/2次发射与接收过程，发射与接收过程的次数与剖面数相同，3(M＝3)根声测管需要3个发射与接收过程，4(M＝4)根声测管需要需要6个发射与接收过程，5(M＝5)根声测管需要10个发射与接收过程。使用本发明的技术，完成每个测点高度位置的检测需要M-1个发射与接收子过程，3(M＝3)根声测管需要2个发射与接收子过程，4(M＝4)根声测管需要需要3个发射与接收子过程，5(M＝5)根声测管需要4个发射与接收子过程，发射与接收子过程的数量分别减少33％，50％，60％。由于声波发射机、声波传感器的使用无故障期限与发射次数直接相关，发射与接收子过程的数量的减少使得声波发射机、声波传感器的无故障期限会同比例上升；同时发射与接收子过程的数量的减少使得在提升过程中提升速度可以更快，3(M＝3)根声测管时提升速度可以提高50％，4(M＝4)根声测管时提升速度可以提高100％，5(M＝5)根声测管时提升速度可以提高150％。

②M个声波传感器与装置的N个通道的连接关系是任意的，可以任意控制每一个通道的发射与接收状态，应用灵活。例如：装置有N个通道，当装置的任意x个通道损坏时，仍可作为通道数为N-x个的检测控制装置使用，不会导致检测工作的停顿。

③根据声波透射法检测基桩完整性技术的特点，设定控制流程：可实现将M个传感器分别放置在M个声测管中后，一个提升检测过程就可以完成整个基桩的检测任务。传统的用于岩土工程检测的两通道声波仪的工作方式，3(M＝3)根声测管需要2个提升检测过程，4(M＝4)根声测管需要3个提升检测过程，5(M＝5)根声测管需要5个提升检测过程；使用本发明的技术仅需要一个提升检测过程。在检测现场，在不同的声测管之间移动并放置声波传感器比较困难，所需的时间与提升检测过程的时间相当，有时甚至超过提升检测过程所需要的时间。所以减少提升检测过程的次数也是非常重要的。可以大大减轻检测人员的工作负担。

④根据发射传感器与接收传感器所在的剖面，设置接收传感器对应通道的状态参数，满足声波透射法检测基桩完整性技术关于剖面内所有测点对应的仪器状态参数应该一致的技术要求。

⑤使用收发半双工电路不需要声波传感器在发射电路和接收电路间机械切换，控制装置的使用寿命长；

随着多个行业检测规范(例如：JGJ 106-2003建筑基桩检测技术规范.建设部；JTG/TF81-01-2004公路工程基桩动测技术规程.交通部；TB 10218-99铁路工程基桩无损检测规程.铁道部；DGJ08-218-2003建筑基桩检测技术规程[S].上海市；……)的出台和逐步实施，随着大直径基桩在(高层建筑，大型桥梁)工程中的使用日益普遍，本发明将会极大的推动声波透射法检测基桩完整性技术的应用，并创造出巨大的经济效益和不可估量的社会效益。

附图说明

图1声波检测控制装置结构示意图。CPU为计算机系统，CPLD为可编程逻辑器件，BUS为计算机总线，FMA为高度位置编码器，S1、……、Sn为N个收发两用声波传感器，Ch1、……、Chn为N个收发两用通道，T1、……、Tn为N个收发半双工电路，I1、……、In为N个信号放大滤波与采集电路，A1、…、An为声波发射机A的N个发射端子。

图24通道声波检测控制装置结构示意图。

图3(已有的)收发半双工电路原理图。R为限流电阻，C为高压隔直电容，D1、D2为两个限幅二极管。

图4(已有的)信号放大滤波与采集电路原理图。

图5声测管数量M＝4时的传感器位置示意图。0为基桩桩体，1、2、3、4为基桩桩体内埋设的4根声测管，S1、S2、S3、S4为放置在4根声测管内的4个声波传感器，Ts1、Ts2、Ts3、Ts4为4个声波传感器接入的收发两用通道。

图6声测管数量M＝4时的3个发射与接收过程示意图。

6.a传感器S1发射声波，传感器S2、S3、S4接受声波。

6.b传感器S2发射声波，传感器S3、S4接受声波。

6.c传感器S3发射声波，传感器S4接受声波。

具体实施方式

实施例1：一种实现4通道声波检测控制的装置，它有下列部件构成：

根据图1、图2可知，声波检测控制装置由4个YGD-45KHz收发两用声波传感器S1、S2、S3、S4，4个收发两用通道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4(1个wonhere1.4型有4个发射端子A1、A2、A3、A4的声波发射机A，4个收发半双工电路T1、T2、T3、T4，4个信号放大滤波与采集电路I1、I2、I3、I4)，1个计算机系统EP9315 CPU，1个控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD，一个FMA 1024光电编码器组成。

根据图1、图2可知，第i个收发两用通道Chi由第i个收发半双工电路Ti、第i个信号放大滤波与采集电路Ii、wonhere1.4型声波发射机A的第i个发射端子Ai构成，第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi与wonhere1.4型声波发射机A的第i个发射端子Ai连接，第i个收发半双工电路Ti的输出端Toi与第i个信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi连接；第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi即作为第i个收发两用通道Chi的输入端Tsi用于与声波传感器连接。第i通道Chi用作发射时，wonhere1.4型声波发射机A通过第i个发射端子Ai激励连接在第i通道Chi的输入端Tsi(第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi)上的声波传感器发射出声波，此时与wonhere1.4型声波发射机A的第i个发射端子Ai连接的第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi电压变化超出第i个收发半双工电路Ti的限幅电压，导致第i个收发半双工电路Ti的输出端Toi短路，保护第i个信号放大滤波与采集电路Ii；第i通道Chi用作接收时，连接在第i通道Chi的输入端Tsi(第i个收发半双工电路Ti的输入端Tsi)上的声波传感器接收到的信号电压在第i个收发半双工电路Ti的限幅电压范围内，可以传递到第i个信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi。

根据图1、图2可知，对埋设有4根声测管的基桩进行检测时，使用4个YGD-45KHz收发两用声波传感器S1、S2、S3、S4，4个YGD-45KHz收发两用声波传感器S1、S2、S3、S4分别与4个收发两用通道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4的输入端Ts1、Ts2、Ts3、Ts4(也是4个收发半双工电路T1、T2、T3、T4的输入端Ts1、Ts2、Ts3、Ts4)连接。

连接4个YGD-45KHz声波传感器S1、S2、S3、S4和4个收发两用通道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4的输入端Ts1、Ts2、Ts3、Ts4的电缆线与高度位置编码器FMA 1024滚动接触，同步提升4个YGD-45KHz声波传感器S1、S2、S3、S4的位置时，电缆线带动高度位置编码器FMA 1024滚动，高度位置编码器FMA1024给出4个YGD-45KHz声波传感器S1、S2、S3、S4的当前位置的编码值。

根据图1、图2可知，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过总线BUS与计算机系统EP9315 CPU连接；控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过总线BUS接收计算机系统EP9315 CPU设置的参数、将检测纪录的数据传递给外部计算机系统。

根据图1、图2可知，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过IO1端口与高度位置编码器FMA 1024连接；控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD直接读取高度位置编码器FMA 1024的编码值对应的高度位置，判定测点位置，当高度位置编码器FMA 1024的高度位置达到预先设置好的测点位置时，启动3个发射与接受过程。

根据图1、图2可知，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过IO2、IO3、IO4、IO5端口与wonhere1.4型声波发射机A的发射端子A1、A2、A3、A4连接；当需要与wonhere1.4型声波发射机A的第i个发射端子Ai连接的声波传感器用做发射传感器时，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD控制wonhere1.4型声波仪A的第i个发射端子Ai产生一触发信号瞬间放电并瞬间再次充电恢复到原有的静态高压，激励该声波传感器发射声波。

根据图1、图2可知，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过CS_Filter_1、CS_Filter_2、CS_Filter_3、CS_Filter_4端口分别与放大滤波与采集电路I1、I2、I3、I4中的滤波控制部分连接；控制单元ALTERA-EPM1270 CPLD通过CS_Gain_1、CS_Gain_2、CS_Gain_3、CS_Gain_4端口分别与放大滤波与采集电路I1、I2、I3、I4中的放大控制部分连接；控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD通过CLK_ADC_CH1、CLK_ADC_CH2、CLK_ADC_CH3、CLK_ADC_CH4端口分别与放大滤波与采集电路I1、I2、I3、I4中的采样控制部分连接；控制单元ALTERA-EPM1270TCPLD提供4个通道信号放大滤波与采集电路I1、I2、I3、I4的控制信号，设置滤波参数、设置增益参数、设置A/D转换参数、控制A/D转换过程。

根据图3可知，(现有技术的)收发半双工电路由100欧限流电阻R、2000V\0.1u隔直电容C、P6Kee6.8CA TVS限幅二极管D1、D2组成。100欧限流电阻R的一端为收发半双工电路的输入端，限流电阻R的另一端与2000V\0.1u隔直电容C的一端连接，2000V\0.1u隔直电容C的另一端为收发半双工电路的输出端，收发半双工电路的输出端与P6Kee6.8CA TVS限幅二极管D1的正极和P6Kee6.8CA TVS限幅二极管D2的的负极连接，P6Kee6.8CA TVS限幅二极管D1的负极和P6Kee6.8CA TVS限幅二极管D2的正极与地线连接。声波传感器Si用作发射时，第i个收发半双工电路输入端Tsi电压瞬间下降并瞬间再次充电恢复到原有的静态高压，限幅二极管D1、D2在电压超过限幅电压时导通，确保第i个收发半双工电路输出端Toi电压不超过限幅电压。

根据图4可知，(现有技术的)第i个放大滤波与采集电路由信号调理电路signal processing(MAX475)、带通滤波器电路Filter(MAX309)、模数转换A/D(ADS801)电路组成。控制信号CS_Gain_i用来设置信号调理电路signalprocessing(MAX475)的增益参数；信号调理电路signal processing(MAX475)的输出Adjust-out与带通滤波器电路Filter(MAX309)的输入Filter-IN相接，控制信号CS_Filter_i用来设置带通滤波器电路Filter(MAX309)的滤波参数；带通滤波器电路Filter(MAX309)的输出Filter-OUT与模数转换电路A/D(ADS801)的输入AD-IN相接，控制信号CLK_ADC_CHi用来设置设置模数转换电路A/D(ADS801)的A/D转换参数和控制A/D转换过程。信号调理电路signalprocessing(MAX475)的输入inputi用于与收发半双工电路Ti输出Toi相接。

根据图5可知，4个YGD-45KHz声波传感器S1、S2、S3、S4分别被放置在基桩桩体内的4根声测管1、2、3、4内，YGD-45KHz声波传感器S1、S2、S3、S4通过电缆线与4个收发两用通道Ch1、Ch2、Ch3、Ch4的输入端Ts1、Ts2、Ts3、Ts4(也是4个收发半双工电路T1、T2、T3、T4的输入端Ts1、Ts2、Ts3、Ts4)连接。

根据图6.a、图6.b、图6.c可知，控制单元ALTERA-EPM1270T CPLD判定测点位置达到预先设置好的测点位置时，启动3个发射与接收子过程。

Claims (1)

1. 一种声波检测控制的装置，它包括收发两用声波传感器S1、Sn，收发两用通道Ch1、Chn，计算机系统CPU，控制单元CPLD，高度位置编码器FMA，其特征在于：

收发两用通道Chi由收发半双工电路Ti、信号放大滤波与采集电路Ii、声波发射机A的发射端子Ai构成，收发半双工电路Ti的输入端Tsi与声波发射机A的发射端子Ai连接，收发半双工电路Ti的输出端Toi与信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi连接；收发半双工电路Ti的输入端Tsi与声波传感器连接，收发两用通道Chi用作发射时，声波发射机A通过发射端子Ai激励连接在收发两用通道Chi的输入端Tsi上的声波传感器发射出声波，此时与声波发射机A的发射端子Ai连接的收发半双工电路Ti的输入端Tsi电压变化超出收发半双工电路Ti的限幅电压；收发两用通道用作接收时，连接在收发两用通道Chi的输入端Tsi上的声波传感器接收到的信号电压不超出收发半双工电路Ti的限幅电压范围，传递到信号放大滤波与采集电路Ii的输入端Inputi；

收发两用声波传感器S1、Sm分别与收发两用通道Ch1、Chn的输入端Ts1、Tsn中的任意一个收发两用通道的输入端连接；收发两用声波传感器与收发两用通道的输入端的对应关系任意，收发两用声波传感器Si与收发两用通道的输入端Tsj连接，一个收发两用声波传感器与一个收发两用通道连接，一个收发两用通道与一个收发两用声波传感器连接；

连接声波传感器S1、Sm和所用收发两用通道Ch1、Chm输入端Ts1、Tsm的电缆线与高度位置编码器FMA滚动接触，同步提升声波传感器S1、Sm的位置时，电缆线带动高度位置编码器FMA滚动，高度位置编码器FMA给出声波传感器S1、Sm的当前位置的编码值；

控制单元CPLD通过总线BUS与计算机系统CPU连接；控制单元CPLD通过端口与高度位置编码器FMA连接；控制单元CPLD通过端口与声波发射机A连接；控制单元CPLD通过端口与信号放大滤波与采集电路I1、In连接；控制单元CPLD提供信号放大滤波与采集电路I1、In的控制信号：设置滤波参数、设置增益参数、设置A/D转换参数、控制A/D转换过程。

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