CN204287510U - 一种地下旋转测量数据的方位校正装置 - Google Patents

Abstract

一种地下旋转测量数据的方位校正装置，包括连接地磁传感器U2的第一单片机处理器U1，所述地磁传感器U2连接信号放大模块，所述信号放大模块连接光耦隔离模块OP1，光耦隔离模块OP1连接第二单片机处理器U4。所述第一单片机处理器U1用于进行地磁传感器复位/置位控制。地磁传感器U2检测信号经过信号放大模块放大后，经光耦隔离模块OP1传给第二单片机处理器U4，第二单片机处理器U4经A/D转换获取地磁传感器U2测量值、并通过获取的地磁传感器U2测量值设置门限值。本实用新型一种地下旋转测量数据的方位校正装置，减少由于振动产生的测量抖动，以及由于指南针宽度，旋转速度等因素造成的测量准确度难以保证的问题。

Description

一种地下旋转测量数据的方位校正装置

技术领域

本实用新型一种地下旋转测量数据的方位校正装置，用于旋转式数据测量过程中，测量数据的方位校正。

背景技术

全景式超声检测仪采用旋转探头对建筑桩孔和连续墙侧壁进行测量，旋转测量探头通过电缆悬吊在待测桩孔中，测量过程中测量探头不断上升，探头旋转测量。因旋转和电缆扭动导致各圈测量数据起点的实际方位不同，进而影响测量数据的分析和处理。需要对各圈测量数据进行方位校正，使各圈数据的起点具有相同的起始方位。现有技术方案采用机械式指南针，通过光电管进行指南针读取，实现对旋转测量数据方位校正。机械式指南针，受振动影响大，结构加工复杂，检测精度难以保障。

发明内容

本实用新型提供一种地下旋转测量数据的方位校正装置，改变了采用机械式指南针和光电管检测式的地磁方位校正方式。避免了复杂的机械加工，减少由于振动产生的测量抖动，以及由于指南针宽度，旋转速度等因素造成的测量准确度难以保证的问题。

本实用新型采取的技术方案为：

一种地下旋转测量数据的方位校正装置，包括连接地磁传感器U2的第一单片机处理器U1，所述地磁传感器U2连接连接信号放大模块，所述信号放大模块连接光耦隔离模块OP1，光耦隔离模块OP1连接第二单片机处理器U4。所述第一单片机处理器U1用于进行地磁传感器复位/置位控制。地磁传感器U2检测信号经过信号放大模块放大后，经光耦隔离模块OP1传给第二单片机处理器U4，第二单片机处理器U4经A/D转换获取地磁传感器U2测量值、并通过获取的地磁传感器U2测量值设置门限值。

所述第一单片机处理器U1、地磁传感器U2安装在超声检测仪的旋转探头上，并随旋转探头一同旋转。

本实用新型一种地下旋转测量数据的方位校正装置，技术效果如下：

1)、采用双单片机结构，第一单片机处理器作为地磁传感器控制处理器，用于进行地磁传感器复位/置位控制。地磁传感器检测信号放大后经线性光耦隔离，传给第二单片机处理器；第二单片机处理器经A/D转换读取地磁传感器测量值，通过地磁门限值对测量数据进行标识，利用该标识计算得到地磁强度极值点的编号，实现各圈测量数据的方位校正。

2)、地磁传感器的复位/置位由单片机控制。根据需要可调整复位和置位操作顺序，改变地磁传感器内部参考磁带磁场方向，以适应不同外部磁场环境，取得最佳的地磁测量效果。

3)、其校正控制由单独的第二单片机处理器实现。地磁传感器测量值经光耦隔离传递到第二单片机处理器，经A/D转换获取地磁传感器测量值。通过自动获取各圈最大地磁强度值，并动态设置地磁传感器检测门限，适应大深度测量时地磁数据的变化与波动。通过大于地磁检测门限的测量点标识，计算地磁强度极值点位置，实现准确的旋转测量数据方位校正。

附图说明

图1为本实用新型装置电路原理示意图。

图2为本实用新型装置计算原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种地下旋转测量数据的方位校正装置，为减少步进电机运转时的信号干扰，采用了双单片机结构。图1电路中地磁传感器U2的控制单片机：第一单片机处理器U1用于对地磁传感器U2进行复位/置位控制，以获得每圈最佳的地磁测量结果，该电路模块将随旋转探头一同旋转。放大器U3用于对地磁传感器U2的信号进行放大，经光耦隔离后传送到第二单片机处理器U4，第二单片机处理器U4通过A/D转换进行转换，利用获取的地磁场强度设置合适的门限值。并对大于门限的数据进行标识，该标识用地计算地磁场强度极值点位置。

计算机方法如下：假设一圈数据中，第一个出现大于门限标识的编号为X,最后一个出现大于门限标识的编号为X+N，则将第X+N/2的编号点作为该圈地磁极值点。各圈数据将以地磁极值点所在方位为测量数据起点，实现所有数据的起始点方位校正，为进一步数据分析提供正确的数据。

原理说明：

设测量时超声波换能器旋转一圈总步数为M，则第n圈地磁场强度与转动步数k的关系可表示为：

B_ni＝B_nmaxsin(ω₀+k2π/M)

其中B_nmax表示第n圈的最大地磁场强度值，t_i表示时间，ω₀表示起始相位，k表示旋转步数，M表示每圈步进电机步数(该值大于等400且为200的整数倍)。

当ω₀+k2π/M＝π/2时(该方位可视为正南或正北方位)，地磁场强度值为最大，以该方位上的数据作为起始位置，可保证测量数据的起始点具有相同方位，从而保证数据正确描述桩孔内壁状态。因此，问题转换为当已知B_ni和k时，如何找到B_ni的极值点所对应的旋转位置k，该k值即为一圈地磁极值点出现位置，以此作为一圈的起点位置，可将各圈数据正确对齐。

假设初始位置为0时地磁强度为最大值B_nmax，此时步进电机转动，地磁强度变化为：

△B_ni＝B_nmax(1-sin(π/2+2kπ/M))

不防设M为400，则可得到△B_ni在地磁极值两侧的变化情况如下表：

表1地磁数据最大值两侧值与转动角度的关系1

由表1可见，地磁场强度变化呈非线性状态，在最大值附近，每个转动角地磁强度的变化最小仅为0.1‰，最大仅1.3‰。距离最大强度点越小，变化幅度也越小，附近变化非常小。即使采用12位A/D采样(分辨率0.25‰)，由于采样A/D的精度问题，也会导致多个旋转角度上地磁场强度的A/D转换值大小相同，无法区分最不同的转动角度，特别是最大地磁方位，也就无法正确进行数据方位校正。

而当测量点与最大地磁场旋转角度相对较大时，不同旋转角度地磁场差值变化较大，A/D采样十分容易区分不同转动角度的变化。表2所示为相对最大地磁点转角度超过20步时的地磁强度值变化。

表2地磁数据最大值两侧值与转动角度的关系2

由表2可见，每个转动角地磁强度的变化最小为4.9‰，最大为5.9‰。即使采用10位A/D(分辨率为1‰)，也能够轻易区分两个不同的转动角度的地磁强度值。由于均速旋转使得地磁强度测量值以最大值为中心呈对称分布。因此，如图2所示，当设置一个门限值时，只要获取门限值以上地磁测量点的起止编号(不需要记录每个数据的地磁强度值)，即可计算得到地磁测量极值点的准确位置。

很显然，在不同圈的测试中即使λ＝B_nmax-ε或B_nmax发生变化，会导致门限起始位置X_n+1发生变化，但只要在门限处的数据能够准确分辨其前后的数值，就不会影响对极值点位置的准确计算。

误差范围：由于门限设定后，地磁强度门限以上起始点编号X_n+1与结束点编号X_n+1+N_n+1的偏差均不超地±1。假设当X_n+1偏差为-1，X_n+1+N_n+1偏差为+1时，N_n+1的最大偏差为+2，则可得到的偏差为0，考虑N_n+1为奇数时向下取整，则偏差不超过-1。另假设当X_n+1偏差为0，X_n+1+N_n+1偏差为±1时，N_n+1的最大偏差为±1，即使考虑奇数问题，最大偏差同样不超过±1。因此，通过该方法可以得到偏差不超过1个测量角度的偏差。

Claims (2)

1.一种地下旋转测量数据的方位校正装置，包括连接地磁传感器(U2)的第一单片机处理器(U1)，其特征在于，所述地磁传感器(U2)连接信号放大模块，所述信号放大模块连接光耦隔离模块(OP1)，光耦隔离模块(OP1)连接第二单片机处理器(U4)；

所述第一单片机处理器(U1)用于进行地磁传感器复位/置位控制；

地磁传感器(U2)检测信号经过信号放大模块放大后，经光耦隔离模块(OP1)传给第二单片机处理器(U4)，第二单片机处理器(U4)经A/D转换获取地磁传感器(U2)测量值、并通过获取的地磁传感器(U2)测量值设置门限值。

2.根据权利要求1所述一种地下旋转测量数据的方位校正装置，其特征在于，所述第一单片机处理器(U1)、地磁传感器(U2)安装在超声检测仪的旋转探头上，并随旋转探头一同旋转。