一种岩体结构面起伏度测量仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种岩体结构测量装置，具体地说涉及一种岩体结构面起伏度测量仪。
【背景技术】
[0002]岩体结构面的表面形态与其力学性质密切相关，进而决定了岩体的力学性质和岩体质量评价指标。也就是说，在结构面的剪切理论模型和经验公式中，只有包含结构面起伏度相关参数才能正确反映结构面的实际力学行为。所以，室内外对岩体结构面表面形态进行精细描述与测定，具有非常高的科研价值和工程实际应用需求，是研宄结构面变形和强度等力学机理的基础，亦是建立其相应地质-力学模型的先决条件。
[0003]一般来说，岩体结构面起伏曲线测量有激光法和机械法两种。激光法测量精度较高，但是测量仪器复杂而且需要标准岩石断面，成为其大范围推广应用的瓶颈，不能够很好地在野外应用。有时，由于岩体结构面表面风化等因素影响，激光法测量仪器的使用效果不太理想。野外的常规方法主要是利用百分表在岩体结构面表面间隔性地插入来测量起伏度数值，其测量精度和绘制速度均不理想。而且对于手工测量仪器，其速度较慢，尤其在工作环境条件较差的情况下，如竖直结构面的测量、地下水丰富地段、隧道中光线不足地段等等，难以应用。
【实用新型内容】
[0004]针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型是提供一种结构简单、操作方便、测量速度快、结果可靠的岩体结构面起伏度测量仪。
[0005]本实用新型解决上述技术问题的技术方案是:一种岩体结构面起伏度测量仪，包括探测金属针、支柱、面板、单片机、数/模转换器、光电耦合器、可控硅整流器、电源、程控放大器、模拟开关、分频器、显示器、485通信电路、PC机、存储器，测量仪通过支柱放置在岩体结构面上，所述支柱上固定有面板，探测金属针穿过面板与岩体结构面接触，单片机通过光电耦合器、可控硅整流器与所述探测金属针相连，所述探测金属针通过模拟开关与所述单片机相连，所述模拟开关通过程控放大器、数/模转换器与所述单片机相连，所述单片机通过485通信电路与PC机相连，所述单片机将采集结果保存于存储器，并通过显示器对采集结果进行显示。
[0006]所述单片机为STM32F103RB。
[0007]所述数/模转换器为DAC0832。
[0008]所述探测金属针为19 X 19的矩阵探针。
[0009]所述测量仪还包含可发出报警信号的蜂鸣器，矩阵探针如有未导通的，蜂鸣器将发出蜂鸣报警信号。
[0010]所述支柱可伸缩，可以根据不同岩体结构面起伏形态调整测量仪面板的高度。
[0011]本实用新型采用自动化岩体结构面起伏度测量仪，编入自动化的计算程序，批量采集岩体结构面起伏度数据，彻底解决了采集数据单个读取、单个求解的问题。每次采集结果都直接显示在屏幕上，一目了然，不需要辅助计算，并且可以根据不同岩体结构面调整测量仪面板的高度，使用非常方便，能准确、快捷地反映岩体软/硬质结构面的波状起伏、凹凸形态、粗糙程度，测定其粗糙度和起伏角。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型测量仪的主视图；
[0013]图2是本实用新型测量仪的俯视图；
[0014]图3是本实用新型测量仪的右视图；
[0015]图4是本实用新型测量仪的电路结构示意图；
[0016]图5是本实用新型测量仪的集成电路结构图。
【具体实施方式】
[0017]如图1、2、3所示，本实用新型的岩体结构面起伏度测量仪，包括19X19的矩阵探针1、面板2、切换开关3、IXD液晶显不屏4、插销口 5、可伸缩的支柱6、岩体试样7、矩阵探针插孔8、钢制边框9，在面板2上集成有数/模转换器DAC0832、译码器74LS138、单片机STM32F103RB、蜂鸣器，测量仪通过支柱6放置在岩体试样7结构面上，面板2固定在支柱6上，矩阵探针I穿过面板2与岩体试样7结构面接触，矩阵探针I起伏度不同所对应的电阻值通过数/模转换器DAC0832、译码器74LS138经RS-485串行通信总线传递到单片机STM32F103RB，并通过IXD液晶显示屏4显示探点的坐标值和起伏差。测量时，当矩阵探针I有未导通时，利用STM32F103RB的通信端口与矩阵探针I相连，向其发出检测命令及接受电阻数据；矩阵探针如有未导通的，蜂鸣器将发出蜂鸣报警信号。
[0018]如图4所示，单片机通过光电耦合器、可控硅整流器与探测金属针相连，探测金属针通过模拟开关与所述单片机相连，模拟开关通过程控放大器、数/模转换器与单片机相连，单片机通过485通信电路与PC机相连，单片机将采集结果保存于存储器，并通过显示器对采集结果进行显示。
[0019]矩阵探针I在工作时，是按照行线和列线交叉点的电平值来识别按键的，对于mXn个探点，只需要m+n位I/O端口。本实施例采用的是19X 19的矩阵探针I。对于19X19=361个键的键盘，采用矩阵方式只要用19条引线和2个8位端口便完成探针的连接。
[0020]DAC0832是Nat1nal Semiconductor生产的一款D/A (数字/模拟)转换器，其采用CMOS工艺和R - 2RT形电阻解码网络，转换结果通过一对差动电流1l和102输出。在本实施例中主要用来将开关打入的数字信号转换为相应的模拟信号。
[0021]如图5所示，在本实施例中74LS138用于将SL0~SL2锁确定的信号经译码器译为矩阵键盘的行选择线。
[0022]以面板2和岩体试样7底面作为基准平面，使用矩阵探针I沿剪切方向测得岩体试样7结构面不同起伏的电阻差，依据R= P L/S得出岩体试样7结构面与面板2的距离，最终统计剪切面的起伏度。
[0023]测量仪的尺寸需能覆盖野外小范围内岩体结构面或室内携剪样(包括砼在内)，综合室内外科学研宄和工程实践取长宽为40 X 40cm2，内部布置19排孔，每排19个，所覆盖的范围以实际测试岩体试样的大小为准。如图1所示，测量仪的面板2尺寸为:4个立柱为直径Φ 20mm、高1mm的圆柱形木块，与直径Φ8ι?πι的销制销连接为一体；考虑到岩体试样高度的不同，另外加工有4个直径Φ 20mm、高1mm的圆环形木块，内环大小与销的直径一致，可穿入销内，以调整木板的高度。
[0024]本实用新型通过电子控制方式取代了以往的人工测量，利用矩阵探针I的电阻变化来反应探针的起伏，从而间接得出岩体表面的起伏差。通过采用通用型64引脚STM32微控制器，外围电路装有数模转换芯片DAC0832，对采集到的电阻信号进行数模转换，采用IXD液晶显示屏作为终端显示，使用RS-485串行通信，并设制O号一 18号探测通道，每一个通道有19个测点，采集测点的电阻信息，通过电阻率公式R=P L/S得到起伏的变化信号，R-探测金属针电阻；P-探测金属针电阻率；L-探测金属针长度；S-探测金属针横断面面积。
[0025]使用本实用新型进行测量的过程如下:
[0026](I)通5V直流电，开启测量仪，系统初始化；
[0027](2)启动仪器自检，检测矩阵探针I是否导通，如有未导通的，蜂鸣器将发出蜂鸣报警信号；
[0028](3)输入工程名称、测试地点、测试日期、测试人员等相关信息；
[0029](4)确认仪器正常后设置基准面参数及可伸缩支柱6的高度，支柱6高度不大于岩体试样7厚度的两倍，通过矩阵键盘输入基本面参数，并按确认开始测量；
[0030](5)测试模式选择，测试模式分为单通道模式和复合模式；
[0031]选择单通道模式进入通道选择界面，例如，选择通道O号，将通道O号的19个探针按下直至与岩体结构面接触，操作完毕，选择探针参数返回，IXD液晶显示屏4将以直角坐标的形式显示探针的起伏差，横坐标为探点编号，纵坐标为探针的起伏差，确认之后，点击数据保存；
[0032]复合模式与单通道模式操作类似，例如，选择O号到10号通道，选择的通道同时导通，按下探针返回数据，按切换开关3数据就依次在LCD液晶显示屏4上显示，点击数据保存，数据将保存在内置可移动SD卡中；
[0033](6)观察数据，进入SD卡数据管理，例如，选择工程1，导出数据，可观察工程I数据，也可进行删除管理，STM32内置闪存为128kB，所以要定期管理，或者倒入外部SD卡；
[0034](7)关闭仪器，移除SD卡并与个人PC机连通，数据为jpg格式，可用图片软件打开进行观察，不支持在PC机上进行探点坐标数据处理。
【主权项】
1.一种岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，包括探测金属针、支柱、面板、单片机、数/模转换器、光电耦合器、可控硅整流器、电源、程控放大器、模拟开关、分频器、显示器、485通信电路、PC机、存储器，测量仪通过支柱放置于岩体结构面上，所述支柱上固定有面板，探测金属针穿过面板与岩体结构面接触，单片机通过光电耦合器、可控硅整流器与所述探测金属针相连，所述探测金属针通过模拟开关与所述单片机相连，所述模拟开关通过程控放大器、数/模转换器与所述单片机相连，所述单片机通过485通信电路与PC机相连，所述单片机将采集结果保存于存储器，并通过显示器对采集结果进行显示。
2.如权利要求1所述的岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，所述单片机为STM32F103RB。
3.如权利要求1所述的岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，所述数/模转换器为DAC0832。
4.如权利要求1所述的岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，所述探测金属针为19X19的矩阵探针。
5.如权利要求1所述的岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，所述测量仪还包含可发出报警信号的蜂鸣器。
6.如权利要求1所述的岩体结构面起伏度测量仪，其特征在于，所述支柱可伸缩。
【专利摘要】本实用新型公开了一种岩体结构面起伏度测量仪，包括矩阵探针、支柱、面板、数/模转换器、译码器、单片机、显示器。测量仪通过支柱放置于岩体结构面上，所述支柱上固定有面板，矩阵探针穿过面板与岩体结构面接触，所述矩阵探针起伏度不同所对应的电阻值通过数/模转换器、译码器传递到单片机，并通过显示器对采集结果进行显示。本实用新型能自动、批量采集岩体结构面起伏度数据，每次采集结果都直接显示在屏幕上，一目了然，不需要辅助计算。并且可以根据不同对象调整测试面板的高度，使用非常方便，能准确、快捷地反映岩体软/硬质结构面的波状起伏、凹凸形态、粗糙程度，测定其粗糙度和起伏角。
【IPC分类】G01B7-34
【公开号】CN204404996
【申请号】CN201520110785
【发明人】曹运江, 何斌华, 杨浩, 戴世鑫, 蒋宗立, 陈秋南, 杨小芹, 黄玉凤
【申请人】湖南科技大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月15日