CN210242914U - 拱顶浇灌液位检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种拱顶浇灌液位检测装置，包括信号采集模块、信号处理单元、检测结果显示屏、电源模块，信号采集模块用于采集液位检测传感器探头的电流信号；信号处理单元的信号输入端组连接信号采集模块的信号输出端组，信号处理单元的结果输出端组连接检测结果显示屏的显示输入端组，电源模块用于适配工作电压。有益效果：利用灌浆后电极导电的原理，通过本装置对安装在拱顶的钢筋结构上的传感器探头通电，再实时检测探头上电极柱的通电情况或电流大小，可以分析出探头是否接触到灌浆，及灌浆淹没探头的高度，就能准确得到浇灌液位的实际状况，装置可以同时连接多个探头进行不同高度的液位探测，且只需通关电就能检测，方便快捷。
Description
技术领域
本实用新型涉及混凝土浇灌过程的液位检测设备领域，具体的说，涉及拱顶浇灌液位检测装置。
背景技术
随着基础设施建设的质量标准提升，同时避免隧道拱顶出现质量安全事故，保证在拱顶浇筑时工艺规范合格是十分重要的，混凝土浇灌进入时需令其最大可能填满整个拱顶空间，且要减少空气气泡的滞留，否则就会出现空洞，埋下安全隐患。浇灌完成后要对拱顶进行探测是否有空洞，但此时已经完成工作，若存在空洞，返工就耗费大量成本，而在浇灌时实时掌握灌浆的液位情况，能在浇灌时就最大限度填满空间，就能大大减少空洞的可能。
而现有的灌浆检测是直接在最顶部放置一个液面感应设备，此方法虽然可以将感应设备重复使用，但灌浆内部气泡无法检测。或者是在外部利用声波探测来测取液位，但声波探测设备十分昂贵，且准确度不高。缺乏一种既能检测灌浆内部情况，又能检测液面高度的设备。
实用新型内容
针对上述缺陷，本实用新型提供了一种拱顶浇灌液位检测装置，利用灌浆后电极导电的原理，通过本装置对安装在拱顶的钢筋结构上的传感器探头通电，再实时检测探头上电极柱的通电情况或电流大小，可以分析出探头是否接触到灌浆，及灌浆淹没探头的高度，就能准确得到浇灌液位的实际状况，装置可以同时连接多个探头进行不同高度的液位探测，且只需通关电就能检测，方便快捷。
为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下：
一种拱顶浇灌液位检测装置，包括信号采集模块、信号处理单元、检测结果显示屏、电源模块，所述信号采集模块用于采集液位检测传感器探头的电流信号；
所述信号处理单元的信号输入端组连接所述信号采集模块的信号输出端组，所述信号处理单元的结果输出端组连接所述检测结果显示屏的显示输入端组，所述电源模块为所述信号采集模块、信号处理单元、检测结果显示屏适配工作电压。
通过上述设计，传感器探头的电流信号经信号采集模块进入信号处理单元，信号处理单元只需比对电流信号大小是否达到阈值，即可得出灌浆液位到达探头的高度，再由探头安装时的安装高度，就能直接获得灌浆的高度，探头埋设在拱顶结构中，设备可在外直接测得液位高度，十分便捷，且成本较低。或者可设计更精密的采集电路，获取探头通电后不同液位高度对其导电率的变化情况，从而更精确地计算出灌浆漫过探头上电极柱的高度。
进一步设计，拱顶结构中设有m个区间检测段，每个区间检测段分别安装有n个液位检测传感器探头，所述信号采集模块对应设有m组区间采集通道，每组区间采集通道设有n个AD采集单元，所述AD采集单元与液位检测传感器探头一一对应连接。
由于灌浆过程是分段进行的，因此将各段设为区间检测段，独立埋设传感器探头组，再对各组进行对应连接检测，还因为液位高度是逐步上升的，则每组探头根据不同水平高度安装，就能依次检测到从低到高的液位变化，形成连贯完整的灌浆液位检测。
更进一步的，所述AD采集单元的两端分别连接液位检测传感器探头的二个电极柱，其中，AD采集单元的输电端还连接采集端供电VAA+3.3V，AD采集单元的信号输出端还连接所述信号处理单元的一个信号输入脚，该信号输出端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容。
通过上述设计，当需要检测时，将传感器探头的其中一个电极柱输入电压，若灌浆到达电极柱高度时，二个电极柱就会通电，则连接另一个电极柱的信号处理单元就能识别到电流信号，若信号大于预设的阈值，就判断灌浆达到该传感器探头的高度。
由于电流信号比对阈值能够通过硬件电路实现，但只适合检测少量的探头情况，一旦探头数量较多，硬件电路就会复杂，从而设备体积增加、成本提高等问题出现，因此可以通过简单的单片机编程来实现较多探头的信号处理，即比对各个探头的电流信号。
进一步设计，所述信号处理单元包括单片机U1，该单片机U1设有m×n个脚为信号输入脚，分别连接一个AD采集单元的信号输出端，所述单片机U1的主供电电源脚连接电源VDD+3.3V，所述单片机U1的模拟电源脚连接基准电源REF+2.5V。
更进一步的，为了满足显示屏的兼容性，本装置至少设置了RS232与RS485通信中的一种，其中，RS232设置如下：
所述信号处理单元还包括RS232通信单元，该RS232通信单元包括RS232芯片U4，所述RS232芯片U4的发送端输入脚T2IN连接单片机U1的RS232发送端，所述RS232芯片U4的发送端输出脚T2OUT经RS232串口P6连接检测结果显示屏的RS232接收端；
所述RS232芯片U4的接收端输出脚R2OUT连接单片机U1的RS232接收端，所述RS232芯片U4的接收端输入脚R2IN经RS232串口P6连接检测结果显示屏的RS232发送端；
所述RS232芯片U4的外接电容脚C1+与C1-之间串联有第二零电容C20，所述RS232芯片U4的外接电容脚C2+与C2-之间串联有第二一电容C21，所述RS232芯片U4的正电压脚V+串接第一六电容C16后接隔离电压VDD-PCI，所述RS232芯片U4的负电压脚V-串接第一七电容C17后接地，所述RS232芯片U4的电源脚VCC连接所述隔离电压VDD-PCI，该电源脚VCC还串接第一九电容C19后接地，所述RS232芯片U4的地脚接地。
RS485的设置为：所述信号处理单元还包括RS485通信单元，该RS485通信单元包括RS485芯片U5，所述RS485芯片U5的接收器输出端RO连接单片机U1的RS485接收端，所述RS485芯片U5的驱动器输入端DI连接单片机U1的RS485输出端，所述RS485芯片U5的接收器使能脚
驱动器使能脚DE均连接单片机U1的RS485控制脚，所述RS485芯片U5的同相脚A经RS485串口P5连接检测结果显示屏的RS485高电端，所述RS485芯片U5的反向脚B经RS485串口P5连接检测结果显示屏的RS485低电端，该反向脚B还串接第八电阻R8后接地；
所述RS485芯片U5的电源脚VCC连接电源VDD+3.3V，该电源脚VCC还串接第一八电容C18后接地，所述RS485芯片U5的地脚接地。
更进一步设计，所述信号采集模块还包括校准通道，该校准通道的输电端连接采集端供电VAA+3.3V，所述校准通道的校准端连接单片机U1的校准输入脚，该校准端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容；
所述校准通道的输电端与校准端分别连接标准传感器探头的二根电极柱。
当本装置初始化或检测结果不再准确时，可通过校准通道连接一个标准的传感器探头，来重新设定电流阈值，从而保证使用效果。
本实用新型的有益效果：利用灌浆后电极导电的原理，通过本装置对安装在拱顶的钢筋结构上的传感器探头通电，再实时检测探头上电极柱的通电情况或电流大小，可以分析出探头是否接触到灌浆，及灌浆淹没探头的高度，就能准确得到浇灌液位的实际状况，装置可以同时连接多个探头进行不同高度的液位探测，且只需通关电就能检测，方便快捷。
附图说明
图1为本实用新型的连接示意图；
图2为实施例中第一区间采集通道的电路示意图；
图3为实施例中第二区间采集通道的电路示意图；
图4为实施例中第三区间采集通道的电路示意图；
图5为实施例中第四区间采集通道的电路示意图；
图6为实施例中校准通道的电路示意图；
图7为单片机U1的连接示意图；
图8为电源模块的示意图；
图9为电源模块中隔离电源的示意图；
图10为RS232通信单元的示意图；
图11为RS485通信单元的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
一种拱顶浇灌液位检测装置，如图1所示，包括信号采集模块1、信号处理单元2、检测结果显示屏3、电源模块4，所述信号采集模块1用于采集液位检测传感器探头A的电流信号；
所述信号处理单元2的信号输入端组连接所述信号采集模块1的信号输出端组，所述信号处理单元2的结果输出端组连接所述检测结果显示屏3的显示输入端组，所述电源模块4为所述信号采集模块1、信号处理单元2、检测结果显示屏3适配工作电压，所述电源模块4的电路如图8、9所示，输入直流电压12V，可以提供VCC12V、VCC5V、VDD+3.3V、VAA+3.3V、VDDPCI和REF+2.5V。
本实施例以可同时检测4个区间检测段的电路组合为例，拱顶结构中设有4个区间检测段，每个区间检测段分别安装有3个液位检测传感器探头A，所述信号采集模块1对应设有4组区间采集通道，每组区间采集通道设有3个AD采集单元，所述AD采集单元与液位检测传感器探头A一一对应连接。
所述AD采集单元的两端分别连接液位检测传感器探头A的二个电极柱，其中，AD采集单元如图2-5，输电端还连接采集端供电VAA+3.3V，AD采集单元的信号输出端还连接所述信号处理单元2的一个信号输入脚，该信号输出端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容。
所述信号处理单元2包括单片机U1，该单片机U1设有12个脚为信号输入脚，分别连接一个AD采集单元的信号输出端，所述单片机U1的主供电电源脚连接电源VDD+3.3V，所述单片机U1的模拟电源脚连接基准电源REF+2.5V。
本实施例中所述信号处理单元2还包括RS232通信单元和RS485通信单元，如图10，该RS232通信单元包括RS232芯片U4，所述RS232芯片U4的发送端输入脚T2IN连接单片机U1的RS232发送端，所述RS232芯片U4的发送端输出脚T2OUT经RS232串口P6连接检测结果显示屏3的RS232接收端；
所述RS232芯片U4的接收端输出脚R2OUT连接单片机U1的RS232接收端，所述RS232芯片U4的接收端输入脚R2IN经RS232串口P6连接检测结果显示屏3的RS232发送端；
所述RS232芯片U4的外接电容脚C1+与C1-之间串联有第二零电容C20，所述RS232芯片U4的外接电容脚C2+与C2-之间串联有第二一电容C21，所述RS232芯片U4的正电压脚V+串接第一六电容C16后接隔离电压VDD-PCI，所述RS232芯片U4的负电压脚V-串接第一七电容C17后接地，所述RS232芯片U4的电源脚VCC连接所述隔离电压VDD-PCI，该电源脚VCC还串接第一九电容C19后接地，所述RS232芯片U4的地脚接地。
所述RS485通信单元如图11，包括RS485芯片U5，所述RS485芯片U5的接收器输出端RO连接单片机U1的RS485接收端，所述RS485芯片U5的驱动器输入端DI连接单片机U1的RS485输出端，所述RS485芯片U5的接收器使能脚
驱动器使能脚DE均连接单片机U1的RS485控制脚，所述RS485芯片U5的同相脚A经RS485串口P5连接检测结果显示屏3的RS485高电端，所述RS485芯片U5的反向脚B经RS485串口P5连接检测结果显示屏3的RS485低电端，该反向脚B还串接第八电阻R8后接地；
所述RS485芯片U5的电源脚VCC连接电源VDD+3.3V，该电源脚VCC还串接第一八电容C18后接地，所述RS485芯片U5的地脚接地。
所述信号采集模块1还包括校准通道，如图6所示，该校准通道的输电端连接采集端供电VAA+3.3V，所述校准通道的校准端连接单片机U1的校准输入脚，该校准端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容；
所述校准通道的输电端与校准端分别连接标准传感器探头的二根电极柱。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，包括信号采集模块(1)、信号处理单元(2)、检测结果显示屏(3)、电源模块(4)，所述信号采集模块(1)用于采集液位检测传感器探头(A)的电流信号；
所述信号处理单元(2)的信号输入端组连接所述信号采集模块(1)的信号输出端组，所述信号处理单元(2)的结果输出端组连接所述检测结果显示屏(3)的显示输入端组，所述电源模块(4)为所述信号采集模块(1)、信号处理单元(2)、检测结果显示屏(3)适配工作电压。
2.根据权利要求1所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，拱顶结构中设有m个区间检测段，每个区间检测段分别安装有n个液位检测传感器探头(A)，所述信号采集模块(1)对应设有m组区间采集通道，每组区间采集通道设有n个AD采集单元，所述AD采集单元与液位检测传感器探头(A)一一对应连接。
3.根据权利要求2所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，所述AD采集单元的两端分别连接液位检测传感器探头(A)的二个电极柱，其中，AD采集单元的输电端还连接采集端供电VAA+3.3V，AD采集单元的信号输出端还连接所述信号处理单元(2)的一个信号输入脚，该信号输出端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容。
4.根据权利要求2所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，所述信号处理单元(2)包括单片机U1，该单片机U1设有m×n个脚为信号输入脚，分别连接一个AD采集单元的信号输出端，所述单片机U1的主供电电源脚连接电源VDD+3.3V，所述单片机U1的模拟电源脚连接基准电源REF+2.5V。
5.根据权利要求4所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，所述信号处理单元(2)还包括RS232通信单元，该RS232通信单元包括RS232芯片U4，所述RS232芯片U4的发送端输入脚T2 IN连接单片机U1的RS232发送端，所述RS232芯片U4的发送端输出脚T2 OUT经RS232串口P6连接检测结果显示屏(3)的RS232接收端；
所述RS232芯片U4的接收端输出脚R2 OUT连接单片机U1的RS232接收端，所述RS232芯片U4的接收端输入脚R2 IN经RS232串口P6连接检测结果显示屏(3)的RS232发送端；
所述RS232芯片U4的外接电容脚C1+与C1-之间串联有第二零电容C20，所述RS232芯片U4的外接电容脚C2+与C2-之间串联有第二一电容C21，所述RS232芯片U4的正电压脚V+串接第一六电容C16后接隔离电压VDD-PCI，所述RS232芯片U4的负电压脚V-串接第一七电容C17后接地，所述RS232芯片U4的电源脚VCC连接所述隔离电压VDD-PCI，该电源脚VCC还串接第一九电容C19后接地，所述RS232芯片U4的地脚接地。
6.根据权利要求4所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，所述信号处理单元(2)还包括RS485通信单元，该RS485通信单元包括RS485芯片U5，所述RS485芯片U5的接收器输出端RO连接单片机U1的RS485接收端，所述RS485芯片U5的驱动器输入端DI连接单片机U1的RS485输出端，所述RS485芯片U5的接收器使能脚
驱动器使能脚DE均连接单片机U1的RS485控制脚，所述RS485芯片U5的同相脚A经RS485串口P5连接检测结果显示屏(3)的RS485高电端，所述RS485芯片U5的反向脚B经RS485串口P5连接检测结果显示屏(3)的RS485低电端，该反向脚B还串接第八电阻R8后接地；
所述RS485芯片U5的电源脚VCC连接电源VDD+3.3V，该电源脚VCC还串接第一八电容C18后接地，所述RS485芯片U5的地脚接地。
7.根据权利要求4所述的拱顶浇灌液位检测装置，特征在于，所述信号采集模块(1)还包括校准通道，该校准通道的输电端连接采集端供电VAA+3.3V，所述校准通道的校准端连接单片机U1的校准输入脚，该校准端还串接一个电阻后接地，所述电阻的两端并联有一个保护电容；
所述校准通道的输电端与校准端分别连接标准传感器探头的二根电极柱。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921331453.7U CN210242914U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 拱顶浇灌液位检测装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201921331453.7U CN210242914U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 拱顶浇灌液位检测装置 |
Publications (1)
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| CN210242914U true CN210242914U (zh) | 2020-04-03 |
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| CN201921331453.7U Active CN210242914U (zh) | 2019-08-16 | 2019-08-16 | 拱顶浇灌液位检测装置 |
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| CN (1) | CN210242914U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111595784A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-28 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种灌注拱顶密实度实时检测方法 |
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2019
- 2019-08-16 CN CN201921331453.7U patent/CN210242914U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111595784A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-08-28 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种灌注拱顶密实度实时检测方法 |
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