专利名称：一种数字式三分量波速探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及建设工程领域中的现场波速测试领域，特别适合于岩土工程现场测试的工程 土动力学参数，特别是一种数字式三分量波速探头。
背景技术：
由于岩土的剪切波波速、压缩波速以及岩土的压縮波速和剪切波速比值等参数能较好的 反映场地岩土的动力特性、场地土的工程力学性质、场地土的工程实况，因此(GB50011-2001) 《建筑抗震设计规范》、(GB50021-2001)《岩土工程勘察规范》都把场地土的压縮波速和剪 切波速作为场地抗震类型、饱和土液化势、岩石风化等级的判别评价标准。场地土的剪切波 速测试也就成了所述规范所规定的强制性条款。在本发明之前，在工程勘察中所使用的三分 量波速探头都是模拟式探头，所有原始信号都要经过几十米，上百米的信号电缆传输到地面 的采集仪器，传输电缆一般都有至少9根互相绝缘的导线组成，经过采集仪器的转换，变为 数字信号，再显示保存。但是在传输的过程中，原始信号经常会受到其他噪音信号的干扰， 信噪比降低，随着传输距离的增加，有些微弱的原始信号甚至淹没在噪音信号中，为了拾取 有用的原始信号，采集仪器需要采用不同的硬件措施和软件手段，这样不但增加了系统成本 和功耗，而且处理不当，甚至取得的是错误的震动信号。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种便于现场测试、抗干扰特性好的一种数字式三 分量波速探头。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是 一种数字式三分量波速探头，包括壳体、 传感器芯体、电磁机构、与电磁机构相配置的联结在壳体上的弹臂，所述传感器芯体、电磁 机构设置在壳体内，其不同之处在于所述壳体中还设置有电路模块，所述电路模块包括电 源电路、中央处理控制器、信号采集电路、数字信号传输电路，所述的信号采集电路、数字 信号传输电路分别和中央处理控制器连接，所述的信号采集电路包括信号采集接口，所述数 字信号传输电路设置有信号传输接口和连接中央处理控制器的通讯端口，所述信号采集电路 包括用于采集震动信号的采集通道，所述信号调理电路将已经采集的震动信号进行放大、滤 波、阻抗变换，所述数字信号传输电路将已经转换为数字信号的震动信号传输到地面仪器信 号接收端。
按上述方案，所述壳体包括电路模块保护壳体、传感器保护壳体、电磁机构保护壳体， 所述电磁机构设置在电磁机构保护壳体内，所述传感器芯体设置在传感器保护壳体，所述电 路模块设置在电路模块保护壳体内。
按上述方案，所述传感器保护壳体为非磁性金属材质保护壳体。
按上述方案，所述通讯端口是RS485通讯端口 。
按上述方案，所述探头电缆为四芯互相绝缘的导线组成的电缆，分别为一根电源线，一
3根地线， 一对RS485信号线。
按上述方案，所述中央处理控制器为单片机，单片机包括24位AD、数据存储器。 按上述方案，所述单片机为MSC1210。
按上述方案，所述数字信号传输电路包括MAX3483，单片机的串口线RX、 TX分别连接
MAX3483的第一脚R0和第四脚DI。
按上述方案，所述信号调理电路采用运放AD620、可调增益运放PGA103、运放LM358。 按上述方案，所述信号调理电路还包含自动增益调节模块，可以根据震动信号大小自动
调整信号放大倍数。
本发明工作原理土层深部产生的震动信号经过信号调理电路处理后进入中央处理控制 器，经过中央处理控制器转换为数字信号，暂时保存在中央处理控制器的数据区内，然后中 央处理控制器将数字信号通过数字信号传输电路传输到地面来接收；当探头接通电源后，电 磁机构将吸合弹臂，在地面的操作下，电磁机构可以松开弹臂。
对比现有技术，本发明的有益优点为本发明使震动信号在地层深部产生震动的地方就 转化为数字信号，由于数字信号抗干扰能力强、长距离传输不失真，大大提高了本发明的抗 干扰特性，本发明便于现场测试、抗干扰特性好、信噪比高、灵敏度度高、测试深度大。
图1为本发明的数字式三分量波速探头的结构示意图； 图2为本发明的电路模块的电路连接示意图； 图3为本发明的数字信号传输电路的结构示意图； 图4为本发明的信号调理电路的结构示意图。
具体实施例方式
以下结合附图进一步说明本发明的具体实施方式
。
图1为本发明的数字式三分量波速探头的结构示意图；图2为本发明的电路模块的电路 连接示意图；如图1所示， 一种数字式三分量波速探头，包括壳体l、传感器芯体2、电磁机 构3、与电磁机构相配置的联结在壳体上的弹臂4，所述传感器芯体2、电磁机构3设置在壳 体1内，其不同之处在于壳体l中还设置有电路模块6,弹臂4端部可连接金属盖板5，探 头中的电磁机构3可通过将金属盖板5吸合在探头端部从而来控制弹臂4的动作，金属盖板 5 —般用铰链、金属绳等柔性材料系在弹臂4端部。如图2所示，图1中的电路模块6包括 电源电路、中央处理控制器、信号采集电路、数字信号传输电路，所述的信号采集电路、数 字信号传输电路分别和中央处理控制器连接，所述的信号采集电路包括信号采集接口，所述 数字信号传输电路设置有信号传输接口和连接中央处理控制器的通讯端口；所述信号采集电 路包括用于采集震动信号的采集通道，所述信号调理电路将已经采集的震动信号进行放大、 滤波、阻抗变换，所述数字信号传输电路将已经转换为数字信号的震动信号传输到地面仪器 信号接收端。震动信号一般指来自直角坐标X、 Y、 Z三个方向的信号，数字式三分量波速探头的长轴向为Z轴。
具体的，电源电路使用直流供电，可以是36伏到5伏之间的任意直流电电源。
较佳的，所述壳体1包括电路模块保护壳体1-1、传感器保护壳体l-2、电磁机构保护壳 体1-3，所述电磁机构设置在电磁机构保护壳体1-3内，所述传感器芯体设置在传感器保护 壳体卜2，所述电路模块6设置在电路模块保护壳体卜l内。
具体的，所述传感器保护壳体1-2为非磁性金属材质保护壳体。
具体的，所述通讯端口是RS485通讯端口 。
具体的，所述探头电缆为四芯互相绝缘的导线组成的电缆，分别为一根电源线， 一根地 线， 一对RS485信号线。
具体的，所述中央处理控制器为单片机，单片机包括24位AD、数据存储器，经过信号 调理后的震动信号经过AD转换，转换为数字信号，保存在数据存储器中，当接受到仪器发 出的数据发送命令后，将通过数字信号传输电路传输到地面接受仪器内，所述单片机可采用 MSC1210。
所述信号调理电路还可包含自动增益调节模块，可以根据震动信号大小自动调整信号放 大倍数。
图3为本发明的数字信号传输电路的结构示意图；如图3所示，具体的，所述数字信号 传输电路包括MAX3483，来自单片机的串口线RX、 TX分别连接MAX3483的第一脚R0和第四 脚DI。
图4为本发明的信号调理电路的结构示意图；如图4所示，具体的，所述信号调理电路 可采用运放AD620、可调增益运放PGA103、运放LM358，震动信号分别连接AD620的2脚和 3脚，八0620的输出脚连接？0入103的第4脚，单片机的？1.1信号和？1.2信号分别连接卩0八103 的增益控制脚A0和A1。震动信号经过PGA103和R4连接，再和LM358的第3脚连接。
以上虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在所附权利要求的 范围内做出各种变形或修改。
权利要求
1、一种数字式三分量波速探头，包括壳体、传感器芯体、电磁机构、与电磁机构相配置的联结在壳体上的弹臂，所述传感器芯体、电磁机构设置在壳体内，其特征在于所述壳体中还设置有电路模块，所述电路模块包括电源电路、中央处理控制器、信号采集电路、数字信号传输电路，所述的信号采集电路、数字信号传输电路分别和中央处理控制器连接，所述的信号采集电路包括信号采集接口，所述数字信号传输电路设置有信号传输接口和连接中央处理控制器的通讯端口；所述信号采集电路包括用于采集震动信号的采集通道，所述信号调理电路将转换为数字信号的震动信号传输到地面仪器信号接收端。
2、 如权利要求1所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述壳体包括电路模块保 护壳体、传感器保护壳体、电磁机构保护壳体，所述电磁机构设置在电磁机构保护壳体内， 所述传感器芯体设置在传感器保护壳体，所述电路模块设置在电路模块保护壳体内。
3、 如权利要求2所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述传感器保护壳体为非 磁性金属材质保护壳体。
4、 如权利要求1所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述通讯端口是RS485通 讯端口。
5、 如权利要求1所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述探头电缆为四芯互相绝缘的导线组成的电缆，分别为一根电源线， 一根地线， 一对RS485信号线。
6、 如权利要求1所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述中央处理控制器为单片机，单片机包括24位AD、数据存储器。
7、 如权利要求6所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述单片机为MSC1210。
8、 如权利要求l所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述数字信号传输电路包 括MAX3483，单片机的串口线RX、 TX分别连接MAX3483的第一脚R0和第四脚DI。
9、 如权利要求l所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述信号调理电路包括运 放AD620、可调增益运放PGA103、运放LM358。
10、 如权利要求1所述的数字式三分量波速探头，其特征在于所述信号调理电路还包 含自动增益调节模块，可以根据震动信号大小自动调整信号放大倍数。
全文摘要
本发明涉及数字式三分量波速探头，包括壳体、传感器芯体、电磁机构、与电磁机构相配置的联结在壳体上的弹臂，所述传感器芯体、电磁机构设置在壳体内，其不同之处在于所述壳体中还设置有电路模块，所述电路模块包括电源电路、中央处理控制器、信号采集电路、数字信号传输电路，所述的信号采集电路、数字信号传输电路分别和中央处理控制器连接，所述的信号采集电路包括信号采集接口，所述数字信号传输电路设置有信号传输接口和连接中央处理控制器的通讯端口；所述信号采集电路包括用于采集震动信号的采集通道，所述信号调理电路将转换为数字信号的震动信号传输到地面仪器信号接收端。
文档编号G01V1/22GK101672926SQ20091027243
公开日2010年3月17日 申请日期2009年10月16日 优先权日2009年10月16日
发明者张卫东, 纪航滨, 华 颜 申请人:武汉中岩建科科技有限公司