专利名称：遥测遥读表面型核子水分密度仪的制作方法
技术领域：
本实用新型的遥测遥读表面型核子水分密度仪属于工程施工质量检测仪。
背景技术：
表面型核子水分密度仪是用于公路、铁路、水利工程等工程上碾压施工的水分、密度测量的测试仪器。该仪器分别采用γ射线和中子射线及相应的探测器来实现对介质密度和水分的测量，即它是利用γ射线与物质作用时的透射和散射过程中被吸收的原理来测量密度；利用快中子与氢原子作用被慢化的原理进行含水量测量。该仪器具有快速、无损测量功能，检测人员可以即时直读被测材料的湿密度、干密度、含水量、含水率、压实度等多项土力学参数，对于保证工程施工质量、指导工程施工有非常重要的作用，特别在工程的试验段进行压实试验时，能尽快提供检测数据，供工程技术人员研究查阅。
现有的进口或国产表面型核子水分密度仪为机械电子一体化仪器，对普通仪器而言无疑是合适的，但对核子仪器却在使用中带来了重要缺陷，如仪器的操作面板和液晶显示屏均安装在仪器壳体上，而测量用的两个放射源却都安装在仪器壳体内和仪器源杆上。因此在使用时，仪器操作人员必须下蹲在仪器近旁，并用手指直接触摸键盘进行测量参数设置、调看和测量结果读数。由于人与仪器的直接接触，使得操作者受到本不应受到的放射线的过多水平的照射。有时环境背景光线太强如太阳下或光线太弱如夜间、晚上，液晶屏往往不易看清，因此常会出现数据记录发生错误的现象。对于大型工程的试验段的施工检测，许多设计、研究、施工人员常需要在工程施工现场即时了解试验数据的测试结果和讨论研究施工方案，有时候有多人围看仪器情况，这对于操作仪器、阅读数据及施工都有不便，同时又会使仪器周围人员受到不必要的放射线辐照。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种不需要操作人员下蹲在仪器近旁，只需要用手指直接触摸键盘来进行远距离测量参数设置、调看和测量结果读数，使用方便，检测水平高，可大大减少放射源对工作人员的照射剂量，确保辐射安全的遥测遥读表面型核子水分密度仪。为实现上述目的，本发明的遥测遥读表面型核子水分密度仪，包括γ一源定位杆，把手，源杆，机壳，其特点是，γ射线源安装于源杆底端部，置于机壳内的铅屏蔽体中，中子射线源固定于机壳底部的中间位置，γ射线探测器、中子射线探测器均置于机壳底部对应的对称位置上，装有显示屏和操作键盘的面板置于机壳面板上，遥测遥控掌上控制器通过接口与水分密度仪的键盘相连，电脑及打印机也通过接口与水分密度仪键盘相连，掌上控制器内装有线控制电路或无线控制电路。其中有线控制电路的组成是中央处理器通过键盘输入口连于水分密度仪键盘，两块相连的电平转换芯片分别联于中央处理器，液晶显示器通过电阻连于中央处理器、电源通过电源管理芯片分别连于中央处理器，两块电平转换芯片和液晶显示器，中央处理器还分别连于两个相互串联的逻辑与非门的输入输出端。无线控制电路包括控制电路和遥控通讯电路，控制电路的组成是中央处理器连于液晶显示器，电源通过电源管理芯片分别连于中央处理器和液晶显示器，中央处理器还通过键盘输入接口与水分密度仪键盘相连，遥控通讯电路由一片无线收发芯片通过接口与控制电路相连。
本实用新型与现有技术相比，具有如下功能和优点1、利用掌上控制器，通过有线或无线方式对仪器进行远距离遥控、遥测和遥读；2、利用电脑，通过有线方式对仪器进行远距离遥控、遥测和遥读，并进行相应的测量数据的管理；因此，使用本仪器，可供多人在远处同时监控和查看仪器实时测量情况，不再需要工作人员下蹲在仪器近旁查看实时监测情况，所以本仪器为提高仪器测量水平和确保工程质量提供了一种可靠的监控手段，同时还大大减少了放射源对工作人员的辐射，确保了人身安全。
图1、遥测遥读表面型核子水分密度仪结构示意图。
图2、有线控制电路原理图。
图3、无线控制电路和中央控制电路原理图。
图4、无线控制电路的遥控通讯电路原理图。
图5图6、计算机程序流程图。
图1中的标号名称1、γ一源定位杆，2、把手，3、源杆，4、机壳，5、γ射线源，6、中子射线源，7、γ射线探测器，8、中了射线探测器，9、面板。
图2中符号名称U1A-U2A逻辑与非门，U2与U5、电平转换芯片，U3、电源管理芯片，U4中央处理器，U6、插座，U7、电池电源输入端，J1、薄膜键盘输入口，J2、插座，LCD1、液晶显示器。
图3中符号名称U1A与U1C、逻辑与非门，U3、电源管理芯片，U4中央处理器，U7、电池电源输入端，J1薄膜键盘输入口，LCD1、液晶显示器。
图4中符号名称U1、无线收发一体芯片，J1、中央控制电路接口。
具体实施方式
根据上述附图叙述本实用新型的具体实施方式
，由图1可知，本实用新型的组成包括γ一源定位杆1及源杆3均固定在机壳4上，把手2安装在γ一源定位杆1与源杆3上，以上四者的安装位置与现有技术一样，其特点是γ射线源5置于源杆3底端部，测量时，利用把手2使源杆3沿着γ一源定位杆1的上下运动来调节γ射线源5的测量高度，不测量时，将γ射线源置于机壳4内的钨钢屏蔽体中；中子射线源6固定于机壳4中部，置于机壳4底部对应对称位置上的γ射线探测器7和中子射线探测器8可分别采用盖革—米勒(G-M)管和氦(He-3)管，显示屏、操作键盘均置于机壳4上的面板9上，遥测遥控掌上控制器，电脑，打印机均通过接口与仪器的键盘相连，掌上控制器内装有有线控制电路或无线控制电路，其电路原理图如图2-图4所示。其中图2是有线控制电路原理图，电路的组成由两个电平转换芯片U2与U5和液晶显示器LCD1分别联于中央处理器U4，中央处理器U4通过薄膜键盘输入口J1与水分密度仪键盘相连，电池电源U7通过电源管理芯片U3分别连于中央处理器U4、连于电平转换芯片U2与U5、连于液晶显示器LCD1，还有两个相互串联的逻辑与非门U1B、U1C的输入出端分别连于中央处理器U4。
中央处理器可采用At89C52，电平转换芯片可采用MAX232芯片，逻辑与非门可采用CD401。
工作过程用户在按开机键后，直接将电源管理芯片(MAX667)的SHDN引脚接地，电源管理芯片(MAX667)正常工作输出5V电源，单片机上电复位，进入正常程序，在程序的开端安排中央处理器(89C52)的16脚输入高电平，经过逻辑与非门(CD4011)反相后同样将MAX667的SHDN脚置低，这样用户不在按开机键时，SHDN脚依旧被锁定为低电平，仪器电源开启成功。
开机后遥控器与仪器进行握手，检测到仪器在线则进入正常工作状态，仪器在六秒内仍未给出握手信号则认为是误启动，关机以节省电源。
遥控器进入正常工作状态后，此时液晶显示“Welcome to use this gauge！”的欢迎界面，等待用户的按键输入，并处于休眠状态，在于节省电源。
遥控器的功能按键采用2*5的扫描矩阵，由单片机的B口控制，其中5列输出的是低电平，2行接10KΩ电阻上拉，没有按键动作时2行经逻辑与非门(CD4011)的两次反相输出高电平，不会引发中断；按键时，由于线与的作用其2行中必有低电平，经过CD4011的缓冲，输出低电平至单片机的外部中断1，单片机从休眠状态中退出，执行键盘扫描程序。在相关程序执行完后，再次进入休眠状态。
单片机与液晶模块通讯采用4位数据线，再配合3位控制线达到对液晶的读写操作。
遥控器的串行输出信号经过电平转换芯片(MAX232)电平转换芯片转化为+12V/-12V的RS232电平，与仪器通讯。
用户关闭遥控器时按关机键，程序将提示是否确定关机？取消按NO键，确定按YES键，单片机的16脚置低，经过逻辑与非门(CD4011)将电源管理芯片(MAX667)的SHDN脚置高有效，从而关闭整个遥控器电源。
另外电源管理芯片(MAX667)的3脚通过分压电阻对电源电压进行监控，当电源低于一定值时由LBO引脚输出通知单片机欠压。
图3与图4是无线控制电路原理图，其中图3是无线控制电路中的中央控制电路部分，由中央处理器U4连于液晶显示器LCD1，电池电源U7通过电源管理芯片U3分别连于中央处理器U4和液晶显示器LCD1，中央处理器U4还通过薄膜键盘输入接口J1与水分密度仪键盘相连。其元器件均可采用与图1相同的元器件。图4是无线控制电路中的遥控通讯电路部分，采用一片无线收发芯片，此芯片通过接口J1与图3的中央控制电路相连。无线收发芯片可采用nRF401单片。采用蓝牙核心技术设计，在一个20脚的芯片中包括了高频发射、高频接收，PLL合成，FSK调制、FSK解调，多频道切换，是目前集成度最高的无线数传产品。nRF401采用抗干扰能力强的FSK调制方法，工作频率稳定可靠，外围元件少，便于设计生产，功耗低，适合于便携及手持产品的设计，由于采用了低发射功率，高接灵敏度的设计，满足无线管制要求，无需使用许可证，是目前低功率无线数传的理想选择。
本无线收发芯片的天线做成25*15mm2的方框印刷线在线路板上，无需另接天线。在核子水分密度仪内部也同样设置一个nRF401无线数传模块，由此实现了无线的相互通讯。
工作过程无线遥控软件和硬件大体上与有线一致，不同点在于遥控部分。在与仪器通讯时首先将CS和POW-UP置高，使无线通讯部分进入正常工作状态。需要发射数据时再将TXEN置高，使其处于无线发射状态。接受数据时将TXEN清零，从而允许接受无线数据。不作通讯时应将CS和POW-UP置低，使无线通讯部分也处于修眠状态，节省功耗。
本实用新型还可采用电脑或笔记本电脑通过有线连接方式与仪器相连结，并设置固定软件，通过电脑实现对仪器进行远距离遥控，遥测和遥读，并进行相应的测量数据的管理。图5与图6是本发明计算机软件程序流程框图。
权利要求1.一种遥测遥读表面型核子水分密度仪包括其上装有把手(2)的γ一源定位杆(1)及源杆(3)均固定于机壳(4)上，其特征在于γ射线源(5)置源杆(3)底端部，中子射线源(6)固定于机壳(4)底部的中间位置，γ射线探测器(7)、中子射线探测器(8)均置于机壳(4)底部，装有显示屏和操作键盘的面板(9)置于机壳(4)面板上，遥测遥控掌上控制器通过接口与水分密度仪的键盘相连，电脑及打印机通过接口与水分密度仪键盘相连。
2.依据权利要求1所述的遥测遥读表面型核子水分密度仪，其特征在于，遥测遥控掌上控制器内的有线控制电路的组成是中央处理器通过键盘输入口连于水分密度仪，两块相连的电平转换芯片分别连于中央处理器，液晶显示器连于中央处理器，电源通过电源管理芯片分别连于中央处理器，电平转换芯片，液晶显示器，还有两个相互串联的逻辑与非门的输入输出端分别与中央处理器相连。
3.依据权利要求1所述的遥测遥读表面型核子水分密度仪，其特征在于遥测遥控掌上控制器内的无线控制电路，包括中央控制电路和遥控通讯电路，其中中央控制电路由中央处理器连于液晶显示器，电源通过电源管理芯片分别连于中央处理器和液晶显示器，中央处理器通过键盘输入接口与水分密度仪相连；遥控通讯电路由一片无线收发芯片通过接口连于中央控制电路。
专利摘要一种涉及表面型核子水分密度仪包括其上装有把手(2)的γ－源定位杆(1)及源杆(3)均固定于机壳(4)上，其特点是，γ射线源(5)置于源杆(3)底端部，中子射线源(6)固定于机壳(4)底部，γ射线探测器(7)和中子射线探测器(8)均置于机壳(4)底部，装有显示屏和操作键盘的面板(9)置于机壳(4)面板上，其内装有有线控制电路或无线控制电路的遥测掌上控制器通过接口与水分密度仪的键盘相连，电脑及打印机通过接口连于水分密度仪键盘相连。本水分密度仪，可进行远距离遥控、遥测、遥读，并进行相应的数据管理；可供多人在远处同时监控和查清仪器实时测量情况，提高了测量水平；还可以大大减少放射源对工作人员的辐射，确保了人身安全。
文档编号G01N23/22GK2608978SQ0322142
公开日2004年3月31日 申请日期2003年4月25日 优先权日2003年4月25日
发明者曹中, 程和森, 崔敏, 王守家, 钱军, 王勇, 解宇, 曹更新 申请人:南通中天精密仪器有限公司, 水利部交通部电力工业部南京水利科学研究院