專利名稱：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種樁基礎(chǔ)質(zhì)量的測(cè)試技術(shù)，尤其是一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀。
背景技術(shù)：
隨著高層建筑、橋梁及大型土建工程的增多，樁基被廣泛應(yīng)用。由于受地質(zhì)條件和施工工藝的影響，樁基有時(shí)候會(huì)發(fā)生斷裂或不均勻等缺陷，從而降低樁的負(fù)載力。因此，這些樁不能承受來自高層建筑和大橋的大的載荷，以至發(fā)生一些事故，如大樓或橋梁的傾斜和倒塌。為了保證工程質(zhì)量，須對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)。
傳統(tǒng)的樁基質(zhì)量檢測(cè)方法主要有取芯法、超聲波法和射線法等，隨著波動(dòng)理論、振動(dòng)工程、信號(hào)分析技術(shù)、電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的不斷提高，振動(dòng)法和波動(dòng)法動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)取得了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，其中又分為高應(yīng)變檢測(cè)法和低應(yīng)變檢測(cè)法。在現(xiàn)今的樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)中，不論是高應(yīng)變檢測(cè)法還是低應(yīng)變檢測(cè)法，都是通過錘擊樁基，采集樁頂附件有代表性的樁身截面的軸向應(yīng)變和樁身運(yùn)動(dòng)加速度的時(shí)程曲線，通過傳感器將應(yīng)力波在傳播過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)速度和應(yīng)力應(yīng)變捕捉轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將電信號(hào)通過處理電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)提交給專用的檢測(cè)儀器，將信號(hào)處理成F-v圖，通過對(duì)圖中曲線波形的分析來判定樁基的質(zhì)量。
為了減少可能出現(xiàn)的偏心錘擊的影響，試驗(yàn)時(shí)必須安裝應(yīng)變傳感器和加速度傳感器各兩只，應(yīng)此必須要同時(shí)對(duì)四路的電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。這樣就需要四只A/D轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作，同時(shí)需要專用的測(cè)試儀器對(duì)四路數(shù)字信號(hào)同時(shí)進(jìn)行處理繪圖，這種方法昂貴并且電路復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的不足，本實(shí)用新型提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀，包括兩個(gè)力傳感器和兩個(gè)加速度傳感器，兩個(gè)力傳感器、兩個(gè)加速度傳感器對(duì)稱安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個(gè)傳感器經(jīng)放大電路連接到AD放大器，放大器的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，所述的微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀還包括用以設(shè)立四路傳感器的選擇通道的選擇控制電路，所述的選擇控制電路的輸入端分別連接四路AD放大器的輸出，所述的選擇控制電路的輸出通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的并行接口連接，所述的微處理器還包括用于控制四路信號(hào)異步采樣的異步采樣控制模塊，用于將采集的四組傳感器信號(hào)進(jìn)行曲線擬合的異步擬合模塊，所述的異步采樣控制模塊連接所述選擇控制電路的線路開關(guān)，所述的異步擬合模塊的輸入端連接微處理器的并行接口，所述的異步擬合模塊的輸出端連接所述樁基測(cè)試模塊。
進(jìn)一步，所述的異步采樣控制模塊，用以設(shè)定采樣寬度為to、周期為4to，0-to時(shí)刻對(duì)第一路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，to-2to時(shí)刻對(duì)第二路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，2to-3to時(shí)刻對(duì)第三路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，3to-4to時(shí)刻對(duì)第四路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
再進(jìn)一步，所述的異步擬合模塊，用于將異步采集中的四路信號(hào)分別進(jìn)行擬合，采用三點(diǎn)定義的拋物線法，取信號(hào)序列中的任意連續(xù)的三點(diǎn)，擬合出一段拋物線曲線段。
本實(shí)用新型的工作原理是異步采集數(shù)據(jù)同步校正技術(shù)，只利用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用PC機(jī)的并行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，利用微處理器對(duì)四路數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，方便快捷同時(shí)成本更低。
本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、結(jié)構(gòu)簡單；2、成本低；3、使用方便快捷。


圖1是樁基測(cè)量儀的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是信號(hào)異步采集的示意圖。
圖3是曲線擬合示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
參照?qǐng)D1、圖2、圖3，一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀，包括兩個(gè)力傳感器1和兩個(gè)加速度傳感器2，兩個(gè)力傳感器1、兩個(gè)加速度傳感器2對(duì)稱安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個(gè)傳感器經(jīng)放大電路3連接到AD放大器4，放大器4的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器6與微處理器7通信連接，所述的微處理器7內(nèi)設(shè)有根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊8，所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀還包括用以設(shè)立四路傳感器的選擇通道的選擇控制電路5，所述的選擇控制電路5的輸入端分別連接四路AD放大器4的輸出，所述的選擇控制電路5的輸出通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器6與微處理器的并行接口9連接，所述的微處理器7還包括用于控制四路信號(hào)異步采樣的異步采樣控制模塊10，用于將采集的四組傳感器信號(hào)進(jìn)行曲線擬合的異步擬合模塊11，所述的異步采樣控制模塊11連接所述選擇控制電路5的線路開關(guān)，所述的異步擬合模塊11的輸入端連接微處理器的并行接口9，所述的異步擬合模塊11的輸出端連接所述樁基測(cè)試模塊8。
所述的異步采樣控制模塊11，用以設(shè)定采樣寬度為to、周期為4to，0-to時(shí)刻對(duì)第一路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，to-2to時(shí)刻對(duì)第二路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，2to-3to時(shí)刻對(duì)第三路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，3to-4to時(shí)刻對(duì)第四路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
本實(shí)施例的工作過程是在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身一側(cè)中央安裝一個(gè)力傳感器和一個(gè)加速度傳感器，同時(shí)在對(duì)稱的一面同樣安裝一個(gè)力傳感器和加速度傳感器，位置保持對(duì)稱。每個(gè)傳感器通過放大電路連接到AD放大器，然后統(tǒng)一連接到一個(gè)選擇控制器，經(jīng)過選擇控制器選擇后的信號(hào)被送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最后數(shù)字信號(hào)被送到微處理器并行接口。同時(shí)通過微處理器并行接口對(duì)選擇控制器和A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制。
該技術(shù)通過用錘在樁上施加沖擊，以產(chǎn)生彈性波和阻抗，通過安裝在樁基頂部附近的兩個(gè)力傳感器接收樁基上的應(yīng)力波信號(hào)產(chǎn)生電荷信號(hào)，同時(shí)兩個(gè)加速度傳感器接收樁基上的加速度信號(hào)同樣產(chǎn)生兩路電荷信號(hào)，每路信號(hào)通過放大電路將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)輸出。然后電壓信號(hào)通過AD放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大后的信號(hào)被輸送到選擇控制器。微處理器通過控制選擇控制器來對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行采樣的通道選擇，這里不是對(duì)四路信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采集，而是通過一個(gè)時(shí)間間隔來對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行依次順序采集。被控制選擇器采樣后的信號(hào)被送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榘宋坏臄?shù)字信號(hào)，最后被送到微處理器的并行接口，因?yàn)椴⑿须p向接口支持對(duì)八位數(shù)據(jù)的一次讀取，因此微處理器可以通過編程來對(duì)并行接口的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集得到信號(hào)數(shù)據(jù)。
本實(shí)用新型的重點(diǎn)在于通過控制選擇器對(duì)四路信號(hào)進(jìn)行異步采樣，即對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行周期性的測(cè)量，如采樣寬度為to、周期為4to，就是0-to時(shí)刻對(duì)第一路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，to-2to時(shí)刻對(duì)第二路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，2to-3to時(shí)刻對(duì)第三路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，3to-4to時(shí)刻對(duì)第四路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，然后又重新對(duì)第一路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，如此反復(fù)。
本實(shí)施例采用A/D轉(zhuǎn)換器ADS7809，其采樣頻率為100K，因此每次采樣時(shí)間間隔為10μs，由于四路信號(hào)占用同一帶寬，因此對(duì)一路信號(hào)的采樣時(shí)間間隔為40μs，采樣圖形如圖2所示。當(dāng)數(shù)字信號(hào)被輸入到微處理器后，微處理器依次對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分組，信號(hào)共分四組，依次采集的數(shù)字信號(hào)被順序歸入四組，如圖2所示，所有的信號(hào)①將重組成一組數(shù)字信號(hào)的序列，所有的信號(hào)②也將重組成一組數(shù)字信號(hào)的序列，信號(hào)③和信號(hào)④也同樣如此處理。最后得到的是四路信號(hào)的采樣序列。
本實(shí)用新型中最后通過拋物線法對(duì)四組信號(hào)進(jìn)行曲線擬合。這里使用三點(diǎn)定義的拋物線法對(duì)信號(hào)進(jìn)行擬合和還原取信號(hào)采樣序列中的任意連續(xù)的三點(diǎn)P0、P1、P2，可以擬合出一段拋物線曲線段，這里用參數(shù)矢量表達(dá)式子，即P(t)＝A0+A1t+A2t2(0≤t≤1) (1)該曲線是由一系列以A0為起點(diǎn)，在A1方向上取t，在A2方向上取t2畫出的曲線，所以應(yīng)是拋物線。該拋物線滿足(1)t＝0時(shí)，拋物線通過P0點(diǎn)并與P0P1線相切。
(2)t＝1時(shí)，拋物線通過P2點(diǎn)并與P1P2線相切。
因此拋物線可以由P0P1P2三點(diǎn)所定義的參數(shù)表達(dá)式表示出來。
對(duì)式(1)中的t微分可得P’(t)＝A1+2*A2*t，那么P(0)＝A0＝P0(2)P(1)＝A0+A1+A2＝P2(3)P’(0)＝A1＝K(P1-P0) (4)P’(1)＝A1+2*A2＝L(P2-P1)(5)其中K、L為常數(shù)。由此可以整理出2(P2-P0)＝K(P1-P0)+L(P2-P1)由于(P2-P1)和(P1-P0)線性無關(guān)，所以K＝L＝2。因此A0=P0A1=2(P1-P2)A2=P0-2P1+P2]]>如以分量形式表示，即X=X0+A1t+A2t2Y=Y0+B1t+B2t2,]]>其中，A1＝2(X1-X0)A2＝X0-2X1+X2B1＝2(Y1-Y0)B2＝Y(jié)0-2Y1+Y2由此，代入信號(hào)序列中連續(xù)的三點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)，就可以得到該三點(diǎn)時(shí)間間隔內(nèi)的任何t時(shí)間的數(shù)字信號(hào)值，因此可以擬和出該段拋物線曲線段。如此還需要把若干條曲線段光滑連接成一條任意曲線。這里需要求出兩條曲線段連接處的公切線，如求圖3中的P1～P5的曲線，我們先取P2、P3的中點(diǎn)Q1，然后以P1、P2、Q1為三點(diǎn)范圍，計(jì)算該段曲線，然后再取P3、P4的中點(diǎn)Q2，以Q1、P3、Q2為三點(diǎn)范圍，再計(jì)算曲線段，以此可以憑任意長度的信號(hào)序列求出完整的光滑信號(hào)曲線。
通過微處理器編程可以實(shí)現(xiàn)以上計(jì)算過程，取合適的時(shí)間間隔點(diǎn)，就能擬合出光滑的信號(hào)曲線。同時(shí)因?yàn)椴蓸邮钱惒竭M(jìn)行，如四組信號(hào)的起始采樣點(diǎn)依次分別相差t0，可使四組信號(hào)同以4t0為起始采樣點(diǎn)，從而能得到四組信號(hào)的同步信號(hào)曲線。由此，可以通過以上過程在微處理器上還原出四條信號(hào)曲線，分別為兩條應(yīng)力曲線、加速度曲線，供樁基質(zhì)量檢測(cè)用。
權(quán)利要求1.一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀，包括兩個(gè)力傳感器和兩個(gè)加速度傳感器，兩個(gè)力傳感器、兩個(gè)加速度傳感器對(duì)稱安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個(gè)傳感器經(jīng)放大電路連接到AD放大器，放大器的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，所述的微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，其特征在于所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀還包括用以設(shè)立四路傳感器的選擇通道的選擇控制電路，所述的選擇控制電路的輸入端分別連接四路AD放大器的輸出，所述的選擇控制電路的輸出通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的并行接口連接，所述的微處理器還包括用于控制四路信號(hào)異步采樣的異步采樣控制模塊，用于將采集的四組傳感器信號(hào)進(jìn)行曲線擬合的異步擬合模塊，所述的異步采樣控制模塊連接所述選擇控制電路的線路開關(guān)，所述的異步擬合模塊的輸入端連接微處理器的并行接口，所述的異步擬合模塊的輸出端連接所述樁基測(cè)試模塊。
專利摘要一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀，包括兩個(gè)力傳感器和兩個(gè)加速度傳感器，兩個(gè)力傳感器、兩個(gè)加速度傳感器對(duì)稱安裝在待測(cè)樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個(gè)傳感器經(jīng)放大電路連接到AD放大器，放大器的輸出通過A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器通信連接，微處理器內(nèi)設(shè)有根據(jù)各個(gè)傳感器的信號(hào)進(jìn)行樁基質(zhì)量分析的樁基測(cè)試模塊，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀還包括用以設(shè)立四路傳感器的選擇通道的選擇控制電路，選擇控制電路的輸出通過一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的并行接口連接，通過微處理器對(duì)線路控制器的控制，交替異步采集四路信號(hào)，最后再通過拋物線法對(duì)采集到的四路信號(hào)進(jìn)行擬合還原以及同步，得到完整的四路信號(hào)波形。本實(shí)用新型提供一種電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)測(cè)量儀。
文檔編號(hào)G01N19/00GK2919233SQ20062010157
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者趙新建, 方趙林, 徐俊 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)