专利名称：浮点式桩基无损检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种建筑物桩基础质量的无损检测装置。
在中国专利CN207534U、CN1057338A和CN2031522U中，分别公开了三种桩基础质量无损检测装置。在这些装置中，模—数转换器采用定点式结构，前置放大器需要每次信号采集前人为设置且在信号采集过程中固定不变，因而，存在桩基测试中因信号幅值过大而产生溢出失真和因信号幅值太小而降低准确度的缺点以及智能化程度不高的弱点。
本实用新型的目的是提供一种浮点式桩基无损检测装置，能兼顾桩基测试中较大范围的强信号和弱信号的采集而且具有很高的智能化程度。
为达到上述目的，本实用新型在上述浮点式桩基无损检测仪中采用了瞬时二进制浮点放大装置，该装置由采样保持器、阶码产生器、程控放大器及阶码锁存器组成；采样保持器输入端与二次仪表输出端连接、输出端分别与阶码产生器、程控放大器的输入端连接，阶码产生器的数字输出端分别与程控放大器数控端、阶码锁存器连接，程控放大器的输出端与A/D的模拟信号输入端连接，阶码锁存器与数据总线三态连接。
本实用新型的最佳实施例见
图1、图2、图3、图4。
其中图1是浮点式桩基无损检测仪结构框图；图2是瞬时二进制浮点放大装置电路原理图；图3是阶码产生器电路原理图；图4是编码器电路原理图。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。
如图1所示，本实用新型的浮点式桩基无损检测仪由传感器、二次仪表、瞬时二进制浮点放大装置、模—数转换器、数据缓存器、时序控制电路和单电机组成。传感器按桩基测试中的不同要求可以选择速度计、加速度计、应变计或压力计等，二次仪表可根据不同类型的传感器选择电压放大器、电荷放大器或动态应变仪。瞬时二进制浮点放大装置可根据二次仪表的输出电压信号幅度的大小而自动改变增益，将二次仪表的输出电压信号先放大到处于A/D集成电路满幅电压和半满幅电压之间，再由A/D转换成相应16位二进制基码输出，在上述过程之中，同时保存了一个与浮点放大倍数对应的二进制阶码，基码与阶码共同组成模—数转换的输出结果。时序控制电路是一个脉冲分配器，在每个采样周期之内发出若干脉冲，将基码和阶码同与锁存并异步向数据总线开放，并分别写入数据缓存器不同地址的单元。单片机通过接口对时序控制电路进行设置以选择采样周期和采样点数并控制采样过程的启动和停止。单片机可对数据缓存器寻址读取，然后进行数据处理或由RS-232串行通讯口传送到上位计算机。
图2中，采样保持器选用AD585芯片，程控放大器由两片AD526级联而成，两个或门选用74HC32，程控放大器的总增益G与阶码M之间的关系如表1所示，74HC574构成阶码锁存器。
表1M3M2M1M0G0 0 0 0 10 0 0 1 20 0 1 0 40 0 1 1 80 1 0 0 160 1 0 1 320 1 1 0 640 1 1 1 1281 0 0 0 256采样保持器将二次仪表输出的连续时间信号xi按采样周期离散化，离散信号
由阶码产生器进行幅度鉴别并产生对应的二进制阶码M，阶码分别由二进制程控放大器和阶码锁存器锁存，S/H、CLK、M选通脉冲由时序控制电路提供。
图3中是阶码产生器，由绝对值电路、基准电压源、串联电阻分压电路、N个电压比较器和编码器组成；绝对值电路输入端与采样保持器输出端连续、输出端同时与N个电压比较器的同相输入端连接，基准电压源输出与A/D的满幅电压绝对值相等，N+1个电阻串联组成分压电路、电阻值的选取使得N个节点处的电位依次是基准电压的
、N个节点分别与N个电压比较器的反相输入端连接，N个电压比较器的逻辑输出端与编码器的逻辑输入端连接，编码器的逻辑输出端分别与程控放大器、阶码锁存器连接。绝对值电路由运算放大器A1、A2、二极管D1、D2、电阻R9、R10、R11及电容器C组成，将输入电压信号取绝对值；基准电压源AD1403提供+2.5V直流电压，正好为A/D芯片满幅电压绝对值V0的
，故R0可取零值，R1～R8的取值使得其余7个节点电压依次为V04,V08,...V0256;]]>8个电压比较器采用两片LM339形成，其同相输入端同时与绝对值电路输出端连接、反相输入端依次与串联电阻分压电路的各个节点连接，其8个输出端Y1～Y8经上拉电阻限位成逻辑电平并由编码器转换为基码M。
编码器由一个10线—4线优先编码器和4个反相器组成；4个反相器分别加在10线—4线优先编码器的4个地址输出端，形成4位二进制阶码输出。图4是编码器的一种实施方案，由一片74HC147和4个反相器组成；Y1～Y8分别接到74HC147的IN1～IN8端，
端分别接一个反相器，反相器的输出即为阶码M(M3M2M1M0)；编码器真值表如表2所示表2Y8Y7Y6Y5Y4Y3Y2Y1M3M2M1M0M的十进制表示111111110000 0111111100001 1111111000010 2111110000011 3111100000100 4111000000101 5110000000110 6100000000111 7000000001000 8其中，Y1～Y8为8个电压比较器的逻辑输出。因此可得采样保持器的输出电压
与阶码M的关系如表3
表3
由表1和表3可得采样保持器的输入电压xi与程控放大器的增益G之间的关系如表4表4
因为二进制程控放大器输出电压x0＝G·xi，所以由表4可知二进制程控放大器的输出信号电压范围为12V0≤|x0|<V0]]>，处于A/D电路满幅电压与半满幅电压之间，因此实现了瞬时二进制浮点放大。
由16位二进制基码X(i)和四位阶码M(i)可以还原成与桩基测试信号幅值相对应的二进制数据Y(i)，其关系为Y(i)＝X(i)·2M(i)(1)(1)式中，X(i)的取值范围为0≤X(i)≤216；M(i)的取值范围为0≤M(i)≤8。
因此Y(i)的取值范围应为0≤Y(i)≤224(2)由(2)式可见，其动态范围较之16位定点A/D转换器增加了8位，相当于一个24位二进制A/D转换器。
由于本实用新型采用的可随输入信号的电压幅值大小而自动设置增益的浮点放大装置，在桩基检测中不需要人为设置增益，因此具有很高的智能化程度；模—数转换器的数码输出在原来定点式A/D转换结果的基础上增加了一个阶码，若设阶码用M表示，则其动态范围是原来的2M倍，因此更能兼顾桩基检测中较大范围的强信号和弱信号的采集；若设原来定点式A/D的位数为N、满幅电压的绝对值为V0、量化误差最大值的绝对值为|Cemax|，则有|Vemax|=V02N]]>，而本实用新型的模—数转换的总结果的量化误差最大值的绝对值应为V02N·2M=|Vemax|2M]]>，因此量化误差是原来的
，准确度有明显的提高。
权利要求1.一种由单片机控制，带有二次仪表、A/D及数据缓存器的桩基无损检测仪，本实用新型的特征在于在二次仪表和A/D之间带有一个瞬时二进制浮点放大装置，该装置由采样保持器、阶码产生器、程控放大器及阶码锁存器组成；采样保持器输入端与二次仪表输出端连接、输出端分别与阶码产生器、程控放大器的输入端连接，阶码产生器的数字输出端分别与程控放大器数控端、阶码锁存器连接，程控放大器的输出端与A/D的模拟信号输入端连接，阶码锁存器与数据总线三态连接。
2.根据权利要求1所述的桩基无损检测仪，其特征在于阶码产生器由绝对值电路、基准电压源、串联电阻分压电路、N个电压比较器和编码器组成；绝对值电路输入端与采样保持器输出端连接、输出端同时与N个电压比较器的同相输入端连接，基准电压源输出电压与A/D的满幅电压绝对值相等，N+1个电阻串联组成分压电路、电阻值的选取使得N个节点处的电位依次是基准电压的
、N个节点分别与N个电压比较器的反相输入端连接，N个电压比较器的逻辑输出端与编码器的逻辑输入端连接，编码器的逻辑输出端分别与程控放大器、阶码锁存器连接。
3.根据权利要求2所述的桩基无损检测仪，其特征在于编码器由一个10线—4线优先编码器和4个反相器组成；4个反相器分别加在10线—4线优先编码器的4个地址输出端，形成4位二进制阶码输出。
专利摘要本实用新型公开了一种能兼顾桩基测试中较大范围的强信号和弱信号的采集而且具有很高的智能化程度的浮点式桩基无损检测仪,这种仪器中带有由采样保持器、阶码产生器、程控放大器及阶码锁存器组成的瞬时二进制浮点放大装置,能随输入信号幅度的大小自动设置增益,其结果增加了一个与增益对应的阶码M,动态范围扩大了文档编号G01N27/00GK2293070SQ9621232
公开日1998年9月30日 申请日期1996年9月28日 优先权日1996年9月28日
发明者刘明贵, 李祺 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所