CN2189333Y

CN2189333Y - 静力触探数据采集装置

Info

Publication number: CN2189333Y
Application number: CN 94212287
Authority: CN
Inventors: 刘卫; 沈志峰
Original assignee: Wuhan Zhongke Computer Technology Development Co
Current assignee: Wuhan Zhongke Computer Technology Development Co
Priority date: 1994-05-19
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 1995-02-08
Anticipated expiration: 2004-05-19

Abstract

本实用新型公开了一种静力触探数据采集装置，它由单片机、数据贮存器、桥压控制电路、深度测量装置构成。其特征是单片机与深度测量装置上的深度仪通讯插座连接，深度测量装置上装有光盘，光盘与测距轮轴固定，U形光盘通断器与电路板连接，光盘边缘含在U形光通断器内。桥压控制电路与探头传感器、信号放大电路、调零率定电路、量程控制电路和 A/D轮换电路连接，数据贮存器通过25芯接口与单片机连接。该装置数据自动采集，采样精度为 0.1％，性能稳定，无限地贮存数据，操作简单，特别适合野外工作。

Description

本实用新型涉及一种静力触探数据采集装置，尤其适用于地质工程勘察、设计、施工中所采用的地质工程原位深层测试。

目前我国采集、记录静力触探数据的装置有两类：一类是七十年代沿用至今的电位差计或单、双笔自动记录仪。该类设备用采集的电位变化信号驱动双向电机，带动墨水记录笔作水平移动以记录电位变化大小，用二个同步电机驱动记录纸走纸以记录贯入深度，形成记录曲线，该类仪器能随贯入过程进行而不断地自动描绘记录曲线，现场观察直观方便。但因其设计原理将电信号转化为机械位移，仪器反应慢、精度不高，操作时以目测仪表指针位置来校、调仪器，产生人为误差，仪器较重，精密机械部分维护较困难以及必须交流电源等，均为野外工作带来不便，且记录曲线必须手工整理、计算，重新绘图，后期工作量大。另一类是八十年代后开发，引进的各种单片机（计算机）采集仪。这类仪器将采集的电位变化信号转化为数字信号，使采集精度提高，校调时的读数方式消除了人为误差，仪器小而轻，可交直流两用，方便了野外工作，后期数据处理较方便，能打印经数据处理后的曲线图和综合计算结果，但目前仍存在一些问题：1、现场贯入过程只能显示数据，不能显示曲线，操作者观察不直观；2、单片机内存容量有限，满存时必须待数据处理完后方能继续采集；3、为采集地表和地下温差引起的负零漂值，需根据经验预先设定某一值作零点；4、深度问题。一般采用控制贯入速度和定时采集数据（如每秒采样一次）的办法确定所采数据深度，因贯入速度控制精度不高，操作时常需暂停贯入和上提探头，使深度记录产生误差，并会产生大量无效数据，给数据处理带来不便。另有采集仪用探杆每移动10cm触发一个触点开关，发出数据采集命令的方式来记录贯入深度，较好地解决了贯入速度率影响问题，但仍未解决探杆上提引起的采集误差，且触点开关带来了灵敏度，开关寿命等新的问题；5、采集仪仅以提供RS－232口方式与上位微机通讯，无专用通讯软件；6、所设置的功能键均在十几个以上，操作复杂。

经检索中国专利未发现一种静力触探数据采集装置被公开，使用。

本实用新型的目的是提供了一种静力触探数据采集装置，用换卡方式无限扩展数据贮存容量，能测量探头贯入和拨出，解决了精度高、性能稳定、操作简便并与微机实时通讯的问题。

为实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案：采用单片机作采集仪的控制核心，以7650精密仪用放大器对信号作多级放大，以4052作8通道输入门控制，用7190作A／D转换，以8751CPU内部RS－232可编程通讯口加外围驱动电路实现与上位机通讯，以CPU扩展口与外围芯片设出内存、显示、功能键盘。选用大屏幕点阵式液晶显示块作采集仪显示，将采集的数据在显示器上显示和投点形成采集曲线。单片机通过深度测量装置上的通讯插座连接，深度测量装置上装有光盘，光盘与测距轮轴连接，光盘边缘含在U型光通断器内。将单片机内存设计成活动的内存卡合，通过通用接口与采集仪连接，用户可以换卡方式无限地增加内存容量。为实现采集仪与微机现场完时通讯，并采用专用通讯、数据处理程序，其主要程序为：

1、通讯模块，采用硬中断方式与采集仪通讯，每次中断按以下流程工作：

2、曲线分层模块。采用铁道部《静力触探技术规则》（1989年）提供的RF－QC线性关系和Scnmertmam提供的QC－Rf对数点作分层参数模型。

图1为静力触探数据采集装置电路构成框图。

图2为静力触探数据采集装置外接RAM电路图。

图3为静力触探数据采集装置深度测量仪结构图。

图4为静力触探数据采集装置深度测量仪光盘剖视图。

图5为静力触探数据采集装置传感器控制电路原理图。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

按图1可知，探头传感器（3）连接桥压控制电路（2）和信号放大电路（4），信号放大电路（4）经调零率定电路（5）、量程控制电路（6）和A／D转换电路。桥压控制电路（2）与采集仪电源电路（1）连接。单片机（9）与调零率定电路（5）、量程控制电路（6）及A／D转换电路（7）连接。深度测量装置（8）与单片机连接。探头传感器（3）因压力变化而产生电桥不平衡，其桥压变化信号经放大电路放大后，由A／D转换电路（7）转换成数字信号输入至单片机（9）。单片机（9）通过对调零率定电路（5）和量程控制电路（6）的控制比较，计算出信号对应的实际压力值；深度测量装置（8）将探头贯入深度转换成脉冲信号输入单片机（9），由单片机（9）对脉冲作加或减计数，同时将与脉冲对应的压力值送至通讯口（10）、数据贮存器（12）和显示区（13），完成数据采集过程，通讯口（10）可实时将数据传送至微机（14）。全过程由单片机设出的功能键（11）进行操作控制。

按图2所知，数据贮存器（12）为外接式活动内存卡合，通过25芯接口（16）与单片机（9）连接。单片机（9）上的口线P0.0～P0.7与IC₃的1D～8D相接，并在单片机（9）上的口线P0.0～P0.7与IC₃1D～8D之间用数据总线D₀～D₇连接到IC₄上。单片机（9）上的口线P2.0～P2.7连到IC₄的地址总线A8～A15上。IC₃输出线1Q～8Q连IC₄的输入线A0～A7，单片机（9）上的信号线WR、RD与IC₄的信号线的WR和RD连接，单片机上的信号线ALE与IC₃的选中信号G连接，IC₃的OE连地线。IC₄的电源由＋5V经二极管Z₉供电，并经R₁₂、3.6V电池充电，当仪器电源关闭时，3.6V电池经二极管Z₁₀给IC₄供电，以保持IC₄数据不被丢失。由于外接式卡合可随意换用，可达到无限扩展贮存容量的目的。

根据图3、图4所知，深度测量装置（8）由深度仪支架（17）、测距轮（18）、光盘（28）、紧固轮等构成。光盘（28）与测距轮（18）装在测距轮轴（19）上，使光盘（28）与测距轮轴（19）同角速度转动。光通断器（29）固定在电路板（30）上，电路板（30）由螺钉（31）固定在深度仪支架（17）上。电路板（30）上装有深度仪通讯插座（32），光通断器（29）的位置由螺钉（31）调节，使光盘（28）边缘含在U型光通断器（29）内，二个光通断器的距离为一个通断器测光点位于光盘任一空心部位中心时，另一光通断器的测光点正好位于光盘任一实心部位中心。光盘（28）实心、空心部分在转动时，对光通断器（29）产生通、断效应。外罩（27）对光盘、光通断器、电路板起保护作用。紧固轮（21）为中心凹进的园柱体，安装在紧固轮支架（23）上，紧固轮支架（23）与紧固手轮丝杆（26）连接，并将弹簧（24）、紧固轮支架（23）、紧固手轮丝杆（26）装在深度仪支架（17）的另一端，紧固轮轴（22）与测距轮轴（19）平行。紧固手轮（25a）、（25b）装在紧固手轮丝杆（26）上。由于测距轮轴（19）位置固定，紧固轮可作平行于测距轮轴（19）的横向移动，将探头探杆（20）装在测距轮（18）与紧固轮（21）之间，通过紧固手轮（25a）、（25b）调节弹簧（24）的松紧，可调节紧固轮（21）对探头探杆（20）压力大小，以保证测距轮（18）与探头探杆（20）接触紧密不打滑，当探头的探杆（20）贯入或拨出时，测距轮（18）随之作顺时针或逆时针转动。测距轮轴（19）上装有光盘（28），光盘（28）分为空、实心相间的等份，光盘（28）为不透光薄片材料制作园盘。光盘（28）随测距轮（18）转动，使空、实相间部分对光通断器（29）产生通断效应。测距轮转动一周，光盘（28）产生的通断效应可产生可得到n个脉冲信号，每个脉冲信号表示探头探杆（20）运动了周长／n的距离，单片机对通断组合的判断，对正转脉冲作加法计数，对逆转脉冲作减法计数，即可正确测量探头探杆（20）贯入或拨出的深度值。

图5所知，交流电经220V变压器降压成12V交流经全桥，全波整流输出12V，12V经过二极管Z1，到达开关K，当未输入220V交流电时，电池组的12V经二极管Z₂到达开关K，当开关K闭合，实现对装置供电。12V经过开关电源电路（15）降压并稳压输出8V，并经三端稳压器7805稳压输出5V。转换电路组成是：由芯片NE555组成的振荡电路经过触发器CD40106整形输出矩形波，频率为1KHZ。经二极管Z₈、电阻R₁接三极管G₁b极，三极管G₁C极与三极管G₂C极连并接电容C₁正极。电容C₁负极经二极管Z₅接地，电容C₁接二极管Z₆负极，二极管Z₆正接电容C₂负极，并输出至芯片7905输入端。电容C₂正接地，经过触发器CD40106整形输出矩形波经二极管Z₄、电阻R₂接三极管G₂b极，三相管G₂e极接地，矩形波高低电平的切换轮流打开三极管G₁和G₂，循环对电容C₁和C₂充放电，在C₂与Z₆的连接处产生负8V电压输出给芯片7905，芯片7905稳压输出负5V电压。桥压控制电路组成是：三端稳压器7805＋5V由R3接LM336－2.5V电压基准正端，Z₇、R₄、Z₈组成调节回路并调节LM336输出。经R₅调节使R₅中抽头输出2.25V经R₆连IC₁的正输入端。IC₁的负输入端经R₈连到G₃e极，IC₁的输出端连接G₃b极，探头传感器（3）由G₃e极输出正桥压，C极接＋5V，当输出正桥压大于2.25V，IC₁输出零V，关断G₃，使正桥压降压，输出正桥压小于2.25V，IC₁输出＋5V，打开G₃，使正桥压升压，当正桥压等于2.25V时电路达到平衡。IC₂正输入经R₇接地，负输入接R₁₀中抽头端，输出接G₄b极，G₄C极输出负桥压，e极接－5V。当R₁₀中分，且R₉＝R₁₁，则IC₂负输入端电压为正桥压加负桥压／2，当正桥压加负桥压大于零，即：负桥压大于负2.25V时，IC₂负输入端大于零，则IC₂输出－5V，打开G₄，使负桥压电压下降，当负桥压小于负2.25V时，则IC₂负输入端小于零，则IC₂输出＋5V，关断G₄，使负桥压电压上升。当负桥压等于2.25V时，电路达到平衡，这样桥压控制电路输出正负2.25V给探头传感器（3）供电。

本实用新型的优点是：能与微机实时通讯、一体化工作，结构简单，操作简便，便于携带。数据自动采集，采样精度为0.1％，性能稳定，零漂值自动记录，数据记录卡可擦可写，无限地贮存数据，自动记录探杆贯入或拨出并进行深度加减。交、直流两用，特别适合野外工作。

Claims

1、一种静力触探数据采集装置，它由单片机、数据贮存器、桥压控制电路、深度测量装置构成，其特征在于：A、单片机与深度测量装置上的通讯插座连接，深度测量装置上装有光盘，光盘与测距轮轴连接，光盘边缘含在U型光通断器内；B、数据贮存器通过25芯接口与单片机连接；C、桥压控制电路与转换电路相接并与探头传感器连接。

2、根据权利要求1所述的一种静力触探数据采集装置，其特征在于测距轮轴与测距轮连接，探头的操杆压在测距轮与紧固轮之间。

3、根据权利要求1所述的一种静力触探数据采集装置，其特征在于光通断器与电路板连接，电路板上装有通讯插座。

4、根据权利要求1所述的一种静力触探数据采集装置，其特征在于转换电路的组成是：二极管Z₃经电阻R₁接三极管G₁，二极管Z₄经电阻R₂接三极管G₂，三极管G₁和三极管G₂相连并接电容C₁，电容C₁与二极管Z₅、Z₆相接，二极管Z₆与电容C₃和芯片7905输入端相接。

5、根据权利要求1所述的一种静力触探数据采集装置，其特征在于桥压控制电路组成是：三端稳压器＋5V由电阻R₃接LM336电压基准正端，并与二极管Z₇、电阻R₄、二极管Z₈组成调节回路，电阻R₅经电阻R₆连接IC₁正输入端，IC₁的负输入端经电阻R₈连到三极管G₃e极，IC₁的输出端连三极管G₃b极，IC₂输出端经电阻R₁₀、R₁₁与三极管G₄相连，IC₂正输入端经电阻R₇接地，三极管G₃e极和三极管G₄e极分别接探头传感器。

6、根据权利要求1所述的一种静力触探数据采集装置，其特征是光盘分割成空、实心相间，光盘为不透光薄片材料制作。