專利名稱：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種樁基礎(chǔ)質(zhì)量的測試技術(shù)，尤其是一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀。
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，樁基有時候會發(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，須對樁基進行檢測。
傳統(tǒng)的樁基質(zhì)量檢測方法主要有取芯法、超聲波法和射線法等，隨著波動理論、振動工程、信號分析技術(shù)、電子技術(shù)和微處理器技術(shù)的不斷提高，振動法和波動法動態(tài)檢測技術(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)變檢測法和低應(yīng)變檢測法。在現(xiàn)今的樁結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中，不論是高應(yīng)變檢測法還是低應(yīng)變檢測法，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)變和樁身運動加速度的時程曲線，通過傳感器將應(yīng)力波在傳播過程中產(chǎn)生的運動速度和應(yīng)力應(yīng)變捕捉轉(zhuǎn)化為電信號，并將電信號通過處理電路轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號提交給專用的檢測儀器，將信號處理成F-v圖，通過對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，試驗時必須安裝應(yīng)變傳感器和加速度傳感器各兩只，應(yīng)此必須要同時對四路的電信號進行A/D轉(zhuǎn)換。這樣就需要四只A/D轉(zhuǎn)換器同時工作，同時需要專用的測試儀器對四路數(shù)字信號同時進行處理繪圖，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)動態(tài)測量儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高的不足，本實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)動態(tài)測量儀。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀，包括兩個力傳感器和兩個加速度傳感器，兩個力傳感器、兩個加速度傳感器對稱安裝在待測樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個傳感器經(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)各個傳感器的信號進行樁基質(zhì)量分析的樁基測試模塊，所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀還包括用以設(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進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試模塊。
進一步，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時刻對第一路信號進行測量，to-2to時刻對第二路信號進行測量，2to-3to時刻對第三路信號進行測量，3to-4to時刻對第四路信號進行測量。
再進一步，所述的異步擬合模塊，用于將異步采集中的四路信號分別進行擬合，采用三點定義的拋物線法，取信號序列中的任意連續(xù)的三點，擬合出一段拋物線曲線段。
本實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A/D轉(zhuǎn)換器進行A/D轉(zhuǎn)換，同時利用PC機的并行接口進行數(shù)據(jù)采集，利用微處理器對四路數(shù)據(jù)進行還原，方便快捷同時成本更低。
本實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是樁基測量儀的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是信號異步采集的示意圖。
圖3是曲線擬合示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖1、圖2、圖3，一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀，包括兩個力傳感器1和兩個加速度傳感器2，兩個力傳感器1、兩個加速度傳感器2對稱安裝在待測樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個傳感器經(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)各個傳感器的信號進行樁基質(zhì)量分析的樁基測試模塊8，所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀還包括用以設(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進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時刻對第一路信號進行測量，to-2to時刻對第二路信號進行測量，2to-3to時刻對第三路信號進行測量，3to-4to時刻對第四路信號進行測量。
本實施例的工作過程是在待測樁基的樁頂以下樁身一側(cè)中央安裝一個力傳感器和一個加速度傳感器，同時在對稱的一面同樣安裝一個力傳感器和加速度傳感器，位置保持對稱。每個傳感器通過放大電路連接到AD放大器，然后統(tǒng)一連接到一個選擇控制器，經(jīng)過選擇控制器選擇后的信號被送到A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最后數(shù)字信號被送到微處理器并行接口。同時通過微處理器并行接口對選擇控制器和A/D轉(zhuǎn)換器進行控制。
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力傳感器接收樁基上的應(yīng)力波信號產(chǎn)生電荷信號，同時兩個加速度傳感器接收樁基上的加速度信號同樣產(chǎn)生兩路電荷信號，每路信號通過放大電路將電荷信號轉(zhuǎn)變成電壓信號輸出。然后電壓信號通過AD放大器進行信號放大，放大后的信號被輸送到選擇控制器。微處理器通過控制選擇控制器來對四路信號進行采樣的通道選擇，這里不是對四路信號同時進行采集，而是通過一個時間間隔來對四路信號進行依次順序采集。被控制選擇器采樣后的信號被送到A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榘宋坏臄?shù)字信號，最后被送到微處理器的并行接口，因為并行雙向接口支持對八位數(shù)據(jù)的一次讀取，因此微處理器可以通過編程來對并行接口的數(shù)據(jù)進行采集得到信號數(shù)據(jù)。
本實用新型的重點在于通過控制選擇器對四路信號進行異步采樣，即對每路信號進行周期性的測量，如采樣寬度為to、周期為4to，就是0-to時刻對第一路信號進行測量，to-2to時刻對第二路信號進行測量，2to-3to時刻對第三路信號進行測量，3to-4to時刻對第四路信號進行測量，然后又重新對第一路信號進行測量，如此反復(fù)。
本實施例采用A/D轉(zhuǎn)換器ADS7809，其采樣頻率為100K，因此每次采樣時間間隔為10μs，由于四路信號占用同一帶寬，因此對一路信號的采樣時間間隔為40μs，采樣圖形如圖2所示。當(dāng)數(shù)字信號被輸入到微處理器后，微處理器依次對數(shù)字信號進行分組，信號共分四組，依次采集的數(shù)字信號被順序歸入四組，如圖2所示，所有的信號①將重組成一組數(shù)字信號的序列，所有的信號②也將重組成一組數(shù)字信號的序列，信號③和信號④也同樣如此處理。最后得到的是四路信號的采樣序列。
本實用新型中最后通過拋物線法對四組信號進行曲線擬合。這里使用三點定義的拋物線法對信號進行擬合和還原取信號采樣序列中的任意連續(xù)的三點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，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，拋物線通過P0點并與P0P1線相切。
(2)t＝1時，拋物線通過P2點并與P1P2線相切。
因此拋物線可以由P0P1P2三點所定義的參數(shù)表達式表示出來。
對式(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，代入信號序列中連續(xù)的三點的數(shù)字信號，就可以得到該三點時間間隔內(nèi)的任何t時間的數(shù)字信號值，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Q1，然后以P1、P2、Q1為三點范圍，計算該段曲線，然后再取P3、P4的中點Q2，以Q1、P3、Q2為三點范圍，再計算曲線段，以此可以憑任意長度的信號序列求出完整的光滑信號曲線。
通過微處理器編程可以實現(xiàn)以上計算過程，取合適的時間間隔點，就能擬合出光滑的信號曲線。同時因為采樣是異步進行，如四組信號的起始采樣點依次分別相差t0，可使四組信號同以4t0為起始采樣點，從而能得到四組信號的同步信號曲線。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)量檢測用。
權(quán)利要求1.一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀，包括兩個力傳感器和兩個加速度傳感器，兩個力傳感器、兩個加速度傳感器對稱安裝在待測樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個傳感器經(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)各個傳感器的信號進行樁基質(zhì)量分析的樁基測試模塊，其特征在于所述的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀還包括用以設(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進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試模塊。
專利摘要一種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀，包括兩個力傳感器和兩個加速度傳感器，兩個力傳感器、兩個加速度傳感器對稱安裝在待測樁基的樁頂以下樁身兩側(cè)，每個傳感器經(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)各個傳感器的信號進行樁基質(zhì)量分析的樁基測試模塊，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動態(tài)測量儀還包括用以設(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A/D轉(zhuǎn)換器與計算機的并行接口連接，通過微處理器對線路控制器的控制，交替異步采集四路信號，最后再通過拋物線法對采集到的四路信號進行擬合還原以及同步，得到完整的四路信號波形。本實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)動態(tài)測量儀。
文檔編號G01N19/00GK2919233SQ20062010157
公開日2007年7月4日 申請日期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 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)