专利名称：桥梁基础冲刷检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桥梁基础冲刷检测仪。
背景技术：
近年来洪水冲垮桥梁造成的灾害呈增长趋势，主要原因是对桥梁墩台受洪水冲刷的安全警戒值缺少系统研究，对桥梁基础受洪水的冲刷无有效的检测手段。目前，国外有测量水深检测仪器的报道，但造价昂贵，每台约15～30万元人民币，且体积大，不易于抢险。国内有用压力、超声波等水深检测仪器，但仅用于一般水库、湖泊、河流等水深检测要求，未考虑到含沙量、流速、漩涡等因素的影响，更未结合桥梁基础类型及地质等有关指标进行有针对性的检测，无法满足铁路部门的特殊要求。防洪期内各铁路局有时采用铅鱼或其他简易的方法，但检测误差较大，较大洪水时根本无法测量。
发明内容
本实用新型解决了背景技术中检测未考虑到含沙量、流速、漩涡等因素的影响及无报警的技术问题。
本实用新型的技术解决方案是一种桥梁基础冲刷检测仪，包括发射控制电路2，接于所述发射控制电路2的输出端接超声波换能器1，其特征在于该检测仪还包括接于所述超声波换能器1输出端的接收放大电路3，接于所述接收放大电路3输出端的检波放大电路4，接于所述检波放大电路4输出端的整形电路5，接于所述整形电路5输出端的单片机控制单元7，分别接于所述单片机控制单元7的I/O端的时间增益控制电路6和时间门限控制电路8，所述时间增益控制电路6的输出端接所述接收放大电路3，所述时间门限控制电路8的输出端接所述整形电路5；所述的单片机控制单元7主要包括单片计算机D1，单片计算机D1的总线接随机存储器D6、非易失存储器D8，点阵液晶屏XS5接于单片计算机D1的数据输出端，电平转换器D3接于单片计算机D1的TXD、RXD端，单片计算机D1的I/O端接有锁存器D15。
上述接收放大电路3的运放D20的输入端接于二极管V4-V5及电阻R3的共同接点，所述运放D20的输出端接增益可控放大器D2输入端，所述增益可控放大器D2的输出端接运放D7的输入端，所述运放D7的输出端接检波放大电路4的二极管V11-V14的共同接点，电容C45及电阻R31的共同接点接于所述二极管V11输入端，所述电阻R31的另一端接运放D21的输入端；所述运放D21的输出端接比较器D5输入端，所述比较器D5的输出端接比较器D6输入端，所述比较器D6的输出端接单片计算机D1的一个I/O端。
上述发射控制电路2主要包括与门D10-D11，与门D10-D11的输出端接比较器D12-D13的输入端，所述比较器D12-D13的输出端接场效应管V7-V8的输入端，所述场效应管V7-V8的输出端接变压器T1的输出端，所述变压器T1的输出端接超声波换能器1的输入端，比较器D17的输出端接缓冲器D16的输入端，所述缓冲器D16输出端的一路接缓冲器D14的输入端，另一路接与门D11的输入端，电位器RW2跨接于所述比较器D17的输入、输出端之间。
上述时间增益控制电路6的比较器D3、时间门限控制电路8的比较器D4分别接单片计算机D1的I/O端，电阻R11的一端接比较器D3的输出端，所述电阻R11的另一端接增益可控放大器D2的控制端；电阻R5与电容C34相并联，且一端接地，另一端接增益可控放大器D2的控制端和电阻R4一端，所述电阻R4的另一端接电源；电阻R38的一端接比较器D4的输出端，所述电阻R38的另一端接三极管V10的基极，电阻R13的一端接三极管V10的集电极，另一端与电位器RW1、R15、C47的共同接点相接，并接于比较器D5的另一输入端；所述电位器RW1的另一输端与三极管V10的发射极相连、并与电源相接，所述电阻R15、电容C47的另一端均接地。
上述时间增益控制电路(6)及时间门限控制电路(8)亦可分别由D/A转换器构成。
上述超声波换能器(1)以采用发收一体的超声波换能器为佳，超声波换能器(1)亦可由收发分体的两个换能器构成。
上述超声波换能器(1)亦可采用收发分体的两个换能器构成。
上述单片计算机D1采用八位单片计算机或16位单片计算机均可。
本实用新型具有以下优点1.利用发收一体的超声波换能器，构成简单，便于携带和使用；2.合理设计超声波换能器的外型及导流罩，能有效克服流速、气泡、漩涡等带来的干扰；3.采用单片机控制技术，通过软件实现发射周期和发射脉冲宽度调整，可适应不同的测量范围；
4.采用大屏幕点阵液晶屏汉字显示，菜单化操作，具有测量、存储、记录、数据处理和打印等多种功能；5.信号处理及放大硬件电路采用低噪声可控增益放大器，提高了灵敏度和信噪比；通过软件方法用硬件实现时间增益控制和时间门限控制功能；6.通过软件实现测深校正、自动跟踪测距、滤波算法等，具有自动测量、自动记录功能，数字直接显示测量结果，且功耗低；7.能将所测记录数据通过RS232C传送到上位计算机；8.通过测量水深，能直接给出桥墩周围基础埋深，依据安全埋深值，可对不同程度的超限进行不同的报警；9.制造成本低，便于推广和普及，可使桥墩周围基础埋深检测日常化；还可用于一般水深测量。
图1为本实用新型的结构原理框图；图2为本实用新型单片机控制单元实施例的电路原理图；图3为本实用新型发射控制电路、接收放大电路、检波放大电路、整形电路、时间增益控制电路、时间门限控制电路实施例的电路原理图；图4为本实用新型超声波换能器及发射控制电路实施例的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型利用超声波测量水深的原理，通过程序处理可得到桥墩周围基础埋深，从而对超限进行报警。
参见图1，本实用新型主要包括超声波换能器1，发射控制电路2，接收放大电路3，检波放大电路4，整形电路5，时间增益控制电路6，单片机控制单元7及时间门限控制电路8。当需要测量时，通过单片机控制单元7进行操作，启动检测。单片机控制单元7控制发射控制电路2和超声波换能器1，将发射的电信号转换为超声波，发射完毕后，超声波换能器1又将接收到的超声波回波转换为电信号，送到接收放大电路3，放大后经检波放大电路4和整形电路5，得到回波脉冲信号送到单片机控制单元7，由单片机测量发射波与回波的时间差，通过计算得知水深，依据相关参数通过计算直接给出桥墩周围基础埋深。时间增益控制电路6根据超声波在水中的传播与反射特性进行设置，以实现近区增益低、远区增益高。时间门限控制电路8是为减少近区噪声引起的虚检和远区的漏检而设置的信号鉴别电路。单片机控制单元7具有操作、显示、测量结果数据输出给PC计算机、打印机和记录相关输入参数、测量结果、测量时间、日期等功能。
参见图2，超声波换能器1是收发一体化超声波换能器。单片机控制单元7主要由八位单片计算机D1、电平转换器D3、RAM随机存储器D6、非易失存储器D8、锁存器D15、点阵液晶屏XS5组成。单片计算机D1在软件的支持和相关硬件的配合下，完成本仪器的全部功能，单片计算机D1通过随机存储器D6，非易失存储器D8完成数据的暂存及测量数据的计录。单片计算机D1通过点阵液晶屏XS5实现人机交换。电平转换器D3采用ICL232芯片与单片计算机D1的TXD、RXD端相连，将TTL电平转换为RS232C标准电平或RS232C标准电平转换为TTL，以便本实用新型进行数据输出。单片计算机D1通过锁存器D15实现时间增益控制及时间门限控制。
参见图3，发射控制电路2主要由与门D10-D11、比较器D12-D13、缓冲器D14、D16及比较器D17、场效应管V7-V8、电位器RW2、变压器T1组成。运放D10、D11接收单片机控制单元7的单片计算机D1送来的发射控制信号；比较器D12、D13是将与门D10、D11输出的TTL电平信号转换为能够控制场效应管V7、V8工作的电平信号；场效应管V7、V8将高频电信号进行功率放大，经变压器T1输出给超声波换能器1；运放D17和电位器RW2配合构成一个40kHZ到210kHZ频率可调的振荡器，为超声波换能器1提供相适应的工作频率；缓冲器D14、D16是将D17提供的高频信号变为两个相位差180°的信号以保证场效应管V7、V8可靠的工作于乙类推挽功率放大方式。
接收放大电路3主要由电阻R3、二极管V4-V5、低功耗运放D20、增益可控放大器D2、低功耗运放D7组成。发射时，发射的高电压信号通过电阻R3，经二极管V4、V5限幅，可确保低功耗运放D20安全工作。接收时，由于回波较小，二极管V4、V5相当于开路。低功耗运放D20为输入阻抗匹配放大器，增益可控放大器D2、低功耗运放D7为低噪声低输入阻抗可控增益放大器，增益可控放大器D2工作于增益可变状态，低功耗运放D7工作于固定增益状态。
检波放大电路4是主要由二极管V11-V14、电容C45、电阻R31构成的检波电路和低功耗运放D21构成的脉冲放大电路组成。
整形电路5主要由比较器D5、D6组成。
时间增益控制电路6由比较器D3、电阻R11、电阻R4、电阻R5、电容C34组成，通过对比较器D3的控制使电容C34的电压随时间变化，给接收放大电路3的增益可控放大器D2提供增益控制电压。
时间门限控制电路8由比较器D4、三极管V10、电阻R38和R13、电位器RW1、电阻R15、电容C47组成。通过对比较器D4的控制使电容C47的电压随时间变化，给整形电路5的比较器D5提供随时间变化的比较门限电平。
当需要测量时，通过单片机控制单元7进行操作，启动检测，单片机控制单元7控制发射控制电路2，超声波换能器1将发射的电信号转换为超声波，发射完毕后，超声波换能器1又将接收到的超声波回波转换为电信号，送到接收放大电路3，放大后经检波放大电路4和整形电路5，得到回波脉冲信号送到单片机控制单元7，由单片机测量发射波与回波的时间，通过计算得知水深，依据相关参数通过计算直接给出桥墩周围基础埋深。时间增益控制电路6是根据超声波在水中的传播与反射特性而设置，目的是实现近区增益低，远区增益高。时间门限控制电路8的作用是为了减少近区噪声引起虚检和远区的漏检而设置的信号鉴别电路。单片机控制单元7具有操作、显示、测量结果数据输出给PC计算机或打印机和记录相关输入参数和测量结果、测量时间、日期等功能。
上述实施方式中，接收放大电路3中放大器D2、D7也可采用类似功能的其它公知型号的器件。时间增益控制电路6、时间门限控制电路8也可采用其它型号的器件实现随时间变化的控制电压，如用D/A转换器。
参见图4，超声波换能器1也可用收发分体的两个换能器；发射控制电路2中的比较器D17、电位器RW2组成的振荡器也可用其它类似功能的公知电路实现。场效应管V7、V8构成的功放电路也可用其它类似功能的公知管子实现。单片机控制单元7的单片计算机D1采用八位单片计算机或16位单片计算机均可。
权利要求1.一种桥梁基础冲刷检测仪，包括发射控制电路(2)，接于所述发射控制电路(2)的输出端接超声波换能器(1)，其特征在于该检测仪还包括接于所述超声波换能器(1)输出端的接收放大电路(3)，接于所述接收放大电路(3)输出端的检波放大电路(4)，接于所述检波放大电路(4)输出端的整形电路(5)，接于所述整形电路(5)输出端的单片机控制单元(7)，分别接于所述单片机控制单元(7)的I/O端的时间增益控制电路(6)和时间门限控制电路(8)，所述时间增益控制电路(6)的输出端接所述接收放大电路(3)，所述时间门限控制电路(8)的输出端接所述整形电路(5)；所述的单片机控制单元(7)主要包括单片计算机D1，单片计算机D1的总线接随机存储器D6、非易失存储器D8，点阵液晶屏XS5接于单片计算机D1的数据输出端，电平转换器D3接于单片计算机D1的TXD、RXD端，单片计算机D1的I/O端接有锁存器D15。
2.根据权利要求1所述的桥梁基础冲刷检测仪，其特征在于所述接收放大电路(3)的运放D20的输入端接于二极管V4-V5及电阻R3的共同接点，所述运放D20的输出端接增益可控放大器D2输入端，所述增益可控放大器D2的输出端接运放D7的输入端，所述运放D7的输出端接检波放大电路(4)的二极管V11-V14的共同接点，电容C45及电阻R31的共同接点接于所述二极管V11输入端，所述电阻R31的另一端接运放D21的输入端；所述运放D21的输出端接比较器D5输入端，所述比较器D5的输出端接比较器D6输入端，所述比较器D6的输出端接单片计算机D1的一个I/O端。
3.根据权利要求1或2所述的桥梁基础冲刷检测报警仪，其特征在于所述的发射控制电路(2)主要包括与门D10-D11，与门D10-D11的输出端接比较器D12-D13的输入端，所述比较器D12-D13的输出端接场效应管V7-V8的输入端，所述场效应管V7-V8的输出端接变压器T1的输出端，所述变压器T1的输出端接超声波换能器(1)的输入端，比较器D17的输出端接缓冲器D16的输入端，所述缓冲器D16输出端的一路接缓冲器D14的输入端，另一路接与门D11的输入端，电位器RW2跨接于所述比较器D17的输入、输出端之间。
4.根据权利要求3所述的桥梁基础冲刷检测报警仪，其特征在于所述时间增益控制电路(6)的比较器D3、时间门限控制电路(8)的比较器D4分别接单片计算机D1的I/O端，电阻R11的一端接比较器D3的输出端，所述电阻R11的另一端接增益可控放大器D2的控制端；电阻R5与电容C34相并联，且一端接地，另一端接增益可控放大器D2的控制端和电阻R4一端，所述电阻R4的另一端接电源；电阻R38的一端接比较器D4的输出端，所述电阻R38的另一端接三极管V10的基极，电阻R13的一端接三极管V10的集电极，另一端与电位器RW1、R15、C47的共同接点相接，并接于比较器D5的另一输入端；所述电位器RW1的另一输端与三极管V10的发射极相连、并与电源相接，所述电阻R15、电容C47的另一端均接地。
5.根据权利要求3所述的桥梁基础冲刷检测报警仪，其特征在于所述的时间增益控制电路(6)及时间门限控制电路(8)分别由D/A转换器构成。
6.根据权利要求4所述的桥梁基础冲刷检测报警仪，其特征在于所述的超声波换能器(1)为发收一体的超声波换能器或由收发分体的两个换能器构成。
7.根据权利要求6所述的桥梁基础冲刷检测报警仪，其特征在于所述的单片计算机D1为八位单片计算机或16位单片计算机。
专利摘要一种桥梁基础冲刷检测仪，其发射控制电路的输出依次经超声波换能器、收放大电路、检波放大电路及整形电路接单片机控制单元的输入端，单片机控制单元的I/O端接有时间增益控制电路和时间门限控制电路；时间增益控制电路的输出端接接收放大电路，时间门限控制电路的输出端接整形电路；点阵液晶屏XS5接于单片机控制单元中单片计算机D1的数据端，电平转换器D3接于单片计算机D1的TXD、RXD端。本实用新型解决了背景技术检测未考虑到含沙量、流速、漩涡等因素的影响及无报警的技术问题，其构成简单，便于携带和使用；通过测量水深能直接给出桥墩周围基础埋深，依据安全埋深值，可对不同程度的超限进行不同的报警。
文档编号G01V9/00GK2710003SQ20042004175
公开日2005年7月13日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者杨永毅, 朱瑞龙, 王保军, 王运, 靳付魁 申请人:武显荣