专利名称：智能声发射连续监测仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种岩体、混泥土和金属结构等材料监测方法，具体说是应用声发射连续 监测仪对岩体、混泥土和金属结构等材料稳定性监测的方法。
二背景技术：
目前，声发射技术作为无损伤检测手段已经广泛应用到地质、水利、地震、土建和机 械等行业，尤其是在岩体破坏检测和地应力测量中使用越来越广泛。岩体破坏是影响地下 工程稳定性的主要因素，声发射对岩体进行检测是分析地下工程稳定性的有效手段。但是 目前声发射测定存在许多缺陷，比如检测时操作人员必须在现场检测，基本上不能够实现 是实时和连续检测，严重影响声发射技术在岩体无损伤检测的应用。地应力状态的准确测 定对于采矿开挖工程设计、施工以及稳定性分析具有十分重要的意义。利用岩石的凯泽效 应，通过声发射测量地应力是目前能够在实验室进行的简便方法在岩石力学及工程领域中 具有广阔的应用前景。但是，岩石声发射测量地应力研究中，普遍采用的声发射参数分析 法没有利用声发射的全部信息，缺乏对声发射信号处理和波形识别技术研究，从而导致岩 石声发射测量地应力系统深人地研究受到了很大限制。
三
发明内容
现有的利用声发射原理制成的岩体声发射监测仪大多采用LED (发光数码二级管)数字 指示，对釆集到的岩体声发射信号需要人工记录，效率低下而且不便统计分析和事后处理， 同时也不能保证监测过程的连续性，对于地下工程或边坡岩体长期稳定性判别具有极大地 局限性。
针对以上特点，为了使声发射技术能够实现实时连续岩体监测和准确分析声发射采集 数据。自行开发研制了智能岩体声发射监测仪(以下简称为PXAE)。仪器采用声发射测量原 理，对岩体、岩土、混凝土结构中的声发射事件数、大事件数、声发射能率等特征参数进 行全天候的长期连续采集监测。具有参数调整和使用方便、稳定性和可靠性高等特点，可 对矿山顶板、矿柱、围岩及边坡、岩体、大坝、库岸等岩体或混凝土结构进行安全稳定性 监测。
本发明采用了精简指令集(RISC)结构的低功耗16位微处理器和灵敏度高达90mv/g 的埋入式声发射传感器，结合分析处理软件可处理并输出声发射参数相关统计图表，通过 分析岩体声发射事件的频度和能量变化趋势，可判断岩体的稳定性，因此可应用于矿山、
3交通、水电、地质灾害等领域岩体工程稳定性连续实时监测。
发明利用程控增益结合低噪声放大电路，使得传感器监测范围直径高达50米，传感器 采用不锈钢防水结构，很容易埋入岩体或混凝土结构中，采用了高驱动能力的放大电路， 使得传感器电缆可长达50米。发明实现了微处理器自动运算，实时显示并存储典型声发射 参数(声发射事件数、大事件数和声发射能率)，64M大容量的FLASH闪存，可连续存储2-3 个月的数据。自行开发了PXAE岩体声发射仪软件。软件实现了对存储数据的调入、分析、 处理、输出声发射参数相关统计图表。从图表上直观的得到在连续监测时间内声发射总事 件、大事件、能率的统计变化规律。
本发明除了具有以上显著特点外，主要釆用了如下关键技术来实现。 1 PXR001声发射传感器的关键技术
(1) 内部锲型的铜块起到了类似机械放大的作用，使得灵敏度大为提高，同时筒状结 构获得了最大的传感面积，因而获得很高的灵敏度。
(2) 传感器内置放大器的智能电源管理，当没有信号时采集器会切断放大器的电源， 而当检测到信号时又会唤醒打开放大器的电源，使得仪器可以长时间的全天候工作。
(3) 传感器内置的前置放大器采用程控增益的仪表运放，可很好兼顾微伏数量级的小 信号和伏数量级的大信号。
(4) 声发射传感器由于采用了高负载的电流型运算放大器，可以使得信号传输距离大 大增加。
2 PXAE岩体声发射仪在数据存储的关键技术
(1) 微处理器大容量内存管理技术，实时存储并实现了掉电保护，数据存储安全可靠。
(2) 标准USB总线通讯技术，使得数据导出非常简单。
(3) 超大容量的存储空间和高容量的锂离子电池使得仪器可以长期在线监测。
(4) 标准的RS232接口和RS485接口，使得仪器的扩展性大为拓展。 3 PXAE岩体声发射仪在数据转换为文本方面采用的关键技术
(1) 微处理器的数据运算、显示、存储技术，声发射参数可灵活自定义。
(2) 微处理器的数据算法可升级和更换，使得监测结果更为准确直观。
(3) 兼容office软件的标准格式，方便用户査看和统计数据。
(4) 计算机数学分析软件工具的使用，使得事后分析的功能更为完善和强大。
四
图1发明的系统构成2 PXAE主机外形
图3大容量声发射参数存储器电路图
图4程控传感器内置放大电路图
图5 PXAE岩体声发射仪分析软件图
下面对结合附图对本发明进行说明
图1为本发明的系统构成图，图中显示了整个智能声发射仪的信号采集、信号存储、 信号后处理一整套系统构成元件及整个发明的思路，由图可以看出本发明的主要功能及其 应用空间，可以从宏观上了解整个发明的思路和结构。
图2为本发明主机的外观形状，实用、方便地应用于工程现场测试是本发明的主要目 的之一，因此，本发明主机的外观尺寸为长X宽X高456隱X94mmX39國，为了现场便 于安装，主机的外形为长方体，规则和小巧的外形为工程实际应用提供了便利。
图3为大容量声发射参数存储器电路图，大容量声发射参数存储器是本发明的核心部 位，它将现场实时监测的数据及时进行存储，岩体在应力作用下破坏前后都会产生大量的 声发射，这些参数需要大容量的存储器来进行长期连续存储，以备事后处理分析。
图4为程控传感器内置放大电路，在利用岩体声发射监测设备进行现场岩体稳定性监 测过程中，岩体破坏产生的声发射不一定正好位于声发射探头安放的监测点处，因此，传 感器必须具有一定的接受范围来监测周围岩体破坏产生的声发射，本发明在监测所用的传 感器上电路上程控增益结合低噪声放大电路，使得传感器监测范围直径高达50米。大大提 高了本发明的利用空间。
图5为PXAE岩体声发射仪分析软件图，该软件为本发明的后处理软件，通过传感器、 主机实现了声发射信号的长期连续监测与存储，获得了岩体声发射的总事件、大事件、能 率等主要声发射指标值，通过该软件实现了存储数据的调入、分析、处理和输出，得到有 关三个声发射指标的统计图，是分析结果一目了然。
五具体实施方式
具体实施例方式
(1) 将PXAE主机安装在安全、稳固的位置；
(2) 传感器埋入岩体或混凝土结构中； (3 )将传感器连接在PXAE主机上；
(4) 设置和调节监测模式、采样时间、采样间隔；
(5) 信号采集，采集分为正常采集和连续采集。开机显示时间即为空闲状态，每10 分钟就会进入正常釆集状态，正常采集时间是3分钟，每10秒计算并记录一次，数据到达 1页(528字节)存储。在空闲状态按下"/连采键进入连续釆集状态，数据同正常采集数据 依次存储；(6) 数据导出操作，数据导出根到导出U盘和导出掌上电脑；
(7) 安装PXAE岩体声发射仪软件；
(8) 利用软件进行数据分析。
权利要求
1.一种智能声发射连续监测仪，其是由声发射信号的采集、声发射信号的存储、声发射信号的分析处理三部分组成，其特征为利用传感器实现声发射信号的连续采集，通过仪器中的大容量的FLASH闪存实现对采集信号的连续适时存储，分析处理部分采用了集成材料稳定评判模型的信号处理分析系统。
2. 根据权利要求1所述的声发射监测仪，其特征在于将发生在岩体内部的声发射信号 进行长期连续地采集，并利用仪器内部的大容量闪存实现采集数据的适时存储。
3. 根据权利要求1所述的声发射监测仪，其特征在于编译了针对监测数据的后处理软 件，实现了声发射信号的调入、分析、判别、处理以及输出。
全文摘要
本发明公开了一种智能声发射连续监测设备，本发明是一种岩体、混凝土和金属结构等材料稳定性的监测仪器，具体说是应用声发射监测仪对岩体、混凝土和金属结构等材料进行无损监测，从而对这些材料的稳定性作出预测。为了使声发射技术能够实现实时连续岩体监测和准确分析声发射采集数据。本发明专门开发研制的仪器采用声发射测量原理，对岩体、岩土、混凝土结构中的声发射事件数、大事件数、声发射能率等特征参数进行全天候的采集监测。仪器通过微处理器自动运算，实时显示并存储典型声发射参数(声发射事件数、大事件数和声发射能率)，64M大容量的FLASH闪存，可连续存储2-3个月的数据。通过自行开发的PXAE岩体声发射仪软件对智能声发射监测仪存储的数据进行分析和处理。
文档编号G01N29/14GK101561420SQ20081008998
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者何锦龙, 支学艺, 王晓军, 奎 赵, 陈卫军 申请人:江西理工大学;江西铜业集团公司;北京鹏翔科技有限公司