专利名称：带有随时间函数同步放大信号装置的测桩仪的制作方法
技术领域：
本发明属于桩基动测技术。
在采用CPU总线控制，通过A/D转换器及波形存贮器进行数据采集与数据存贮的测桩仪中，利用瞬态敲击的应力波在桩基介质中传播的规律来分析判别桩基缺陷是一种无损检测桩基质量的方法。这种瞬态敲击的应力波沿桩身向底端传播并在缺陷或桩底形成反射信号，其信号能量随桩长呈指数衰减。在专利申请号为892009756的实用新型专利中，我们提出了一种带有信号自同步增强装置的测桩仪，利用该装置可对多次敲击的信号同步迭加后，按对数坐标显示其反射信号，抑制了随机噪声，提高了反射信号，从而达到判读、解释、评价桩基工程的目的。美国桩基动测公司(Pile Dynamlcs，Inc)于1989年推出了一检测桩基完整性及质量的仪器，该仪器完全采用软件进行数据处理，将每次敲击的信号迭加，按其指数衰减规律进行非线性处理后，进行显示。以上装置和方法虽然都能将多次敲击的反射信号随时间放大或增强，但由于A/D转换器其分辨精度及动态范围受字长限制，当敲击的反射信号达不到A/D转换器的最小分辨字时，无论进行多少次信号迭加，反射信号也不会得到放大，从而影响对桩基工程质量的可靠评价。采用增加A/D转换字长或采用浮点放大技术虽可解决这类问题，但会增加仪器的复杂性与成本，同时会降低A/D转换器的转换速率，不能满足测桩过程中对信号接收的频带宽度的要求。
本发明的目的是在测桩仪中通过带有随时间函数同步放大信号的装置，对测试信号按预定的时间函数实时同步放大信号，使测试信号中，能表征桩基缺陷的反射信号得到增大。该装置由二进制程控放大器、数据锁存器、函数存贮器，地址计数器、数据I/O口、读写及片选控制器、信号幅度鉴别器及逻辑译码器组成;二进制程控放大器的数据增益控制端同数据锁存器的数据输出端相连接;函数存贮器的数据线分别同数据锁存器的数据输入端及连接在CPUBUS总线上的数据I/O口相连接;其地址线同地址计数器的输出端相连接;连接在CPUBUS总线上的逻辑译码器的三个输出端分别同数据I/O口的控制端、读写及片选控制器的控制端以及地址计数器的Cr端相连接。
本发明的最佳实施例见图一、图二、图三、图四、图五。
其中，图一为测桩仪结构原理框图。
图二为随时间函数同步放大信号装置组成原理图。
图三为随时间函数同步放大信号装置线路原理图。
图四为逻辑译码器，片选及读写控制器线路图。
图五为幅度鉴别线路图。
图一中，随时间函数同步放大信号装置直接连接在8088CPUBUS总线上，其操作受逻辑译码器及数据采集译码器CS的控制。逻辑译码器也直接连接在8088CPU BUS总线上，并对数据采集控制器及数据I/O口进行控制。数据采集控制器发出m0～m9十个节拍时序对A/D转换装置进行控制，图一、图二中的A/D CP，CS分别为A/D转换装置的数据缓存器的计数脉冲，片选脉冲，S/H为采样保持器的采保脉冲，A/DCP，S/H脉冲占用第m9节拍时序，CS占用第m3节拍时序。图二中，随时间函数同步放大信号装置其函数值存放在函数存贮器中，当桩基信号到达时，由信号幅度鉴别器发出同步信号，使存贮的函数值可按地址依序读至二进制程控放大器增益控制端，由于地址计数器的CP端同一YHF门的输出端相连接;YHF门的一个与门输入端分别同A/D CP及信号幅度鉴别器相连接;另一与门输入端同逻辑译码器的一个输出端相连接。还由于函数存贮器的片选CS端同-F门的输入端连接，F门的输出端同数据锁存器的数据打入端连接，其函数数值由固化在EPROM中的软件来设定。因此，当数据采集控制器发出m3节拍时序脉冲时，函数存贮器按当前地址计数器指示的地址读出一函数值至数据锁存器，二进制程控放大器的输入端则按数据锁存器锁存的数值更变程控放大倍率，将Vin输入信号进行放大。当数据采集器在m9节拍发出S/H采保脉冲则将采样保持器打开，对放大信号进行采样保持，并送A/D转换器。同时在m9节拍发-A/D CP计数脉冲给地址计数据器。A/D CP计数脉冲同数据缓存器的地址计数是同步的。因此，A/D转换器每完成一个转换周期，都对新的时间函数值程控放大后的信号进行一次模/数转换并存入数据缓存器。其改变规律可按下式设定。
Vout＝ (4096-D)/(D+1) ·Vin其中Vout为二进制程控放大器的输出电压，D为二进制程控放大器的数据输入值(即函数值)，Vin为二进制程控放大器的输入电压。由于二进制程控放大器的模拟输出端Vout分别同A/D采样保持器及信号幅度鉴别器的模拟输入端相连接，因此，在桩基信号未到达时，幅度鉴别器的输出电平为“0”，封锁了YHF门，A/D CP计数据脉冲对地址计数器不产生计数动作，当桩基信号到达时，幅度鉴别器的输出电平为“1”，从而达到预先设定的函数值与桩基起始信号同步的目的。
图三给出了随时间函数放大信号装置各集成芯片各部分详细的连接图。其中二进制程控放大器由一片DAC1220，一片LF351，一片LM318，一片LM310组成，DAC1220数据输入端同数据锁存器数据输出端连接，数据锁存器由二片74LS373组成。函数存贮器由二片6264存贮芯片分别组成高位(H)，低位(L)二部分，其数据端分别同二片74LS373及二片74LS245的数据输入端连接，二片74LS245组成数据I/O口向8088CPU总线传送数据。二片6264的地址线同4片74LS161连接。图四给出了逻辑译码器详细连接图。图四中，一片74LS138三-八线译码器同8088CPUBUS总线按一定的口地址码译出y0～y5组脉冲，由y1，y2分别指定一片74LS74设定存贮器6264的高、低位存贮访问控制，由一片74LS51选择是CPU控制产生存贮芯片选通，还是由数据采集控制器来控制存贮芯片选通，它们分别产生高位CS，低位CS选择。这样，函数存贮器可由CPU来预先设定函数值，使之写入函数存贮器，y3产生W/R存贮芯片读写控制，y4产生Cr可预先将地址计数器置“0”。y5产生CP，CP连向图一中YHF门中的一个与门，用来控制地址计数器的计数。图五为幅度鉴别器的详细原理图，当桩基信号到达设定的阀值电平时，通过-74LS74芯片记忆翻转，送图一中的yHF门的-与门输入端，其复位信号由RET来设定。
在上述装置的作用下，只要桩基信号一到达，即可按读出的设定函数值对信号进行放大，每模数转换一次，即从函数存贮器读出一新的设定函数值改变二进制程控放大器的放大倍率，这样随时间衰减的桩基反射信号在时间序列中按设定的函数值得到放大，因此该装置可清淅地得到桩基缺陷信号，达到正确，可靠地判别、分析桩基质量的目的。
权利要求
1.一种由CPU总线控制，通过A/D转换器及波形存贮器进行数据采集与数据存贮的测桩仪，本发明的特征在于测桩仪中带有随时间函数同步放大信号的装置；该装置由二进制程控放大器、数据锁存器、函数存贮器、地址计数器、数据I/O口、读写及片选控制器、信号幅度鉴别器及逻辑译码器组成；二进制程控放大器的数据增益控制端同数据锁存器的数据输出端相连接；函数存贮器的数据线分别同数据锁存器的数据输入端及连接在CPUBUS总线上的数据I/O口相连接；其地址线同地址计数器的输出端相连接；连接在CPUBUS总线上的逻辑译码器的三个输出端分别同数据I/O口的控制端，读写及片选控制器的控制端以及地址计数器的Cr端相连接。
2.根据权利要求1所说的测桩仪，其特征在于二进制程控放大器由一片DAC1220，一片LF351，一片LM318，一片LM310组成。
3.根据权利要求1所说的测桩仪，其特征在于随时间函数同步放大信号装置，函数值存放在函数存贮器中，当桩基信号到达时，由信号幅度鉴别器发出同步信号，使其函数值可按地址依序读至二进制程控放大器增益控制端，地址计数器CP端同-yHF门的输出端相连接;yHF门的一个与门输入端分别同A/D CP及信号幅度鉴别器相连接;另一与门输入端同逻辑译码器的一个输出端相连接。
4.根据权利要求1所说的测桩仪中，其特征在于A/D转换装置由m0～m9十个节拍时序控制，A/D CP、CS分别为A/D转换装置的数据缓存器的计数脉冲，片选脉冲，S/H为采样保持器的采保脉冲，A/D CP，S/H脉冲占用第m9节拍时序，CS占用第m3节拍时序。
5.根据权利要求1中所说的测桩仪，其特征在于二进制程控放大器的模拟输出端Vout分别同A/D采样保持器及信号幅度鉴别器的模拟输入端相连接。
6.根据权利要求1中所说的测桩仪，其特征在于函数存贮器的片选CS端还同-F门的输入端连接，F门输出端同数据锁存器的数据打入端连接，其函数数值由固化在EPROM中的软件来设定。
全文摘要
带有随时间函数同步放大信号装置的测桩仪，主要特点是在测桩仪中带有能对桩基缺陷或桩底反射信号按其衰减规律或预先设定的时间函数关系实时同步放大信号的装置。该装置由二进制程控放大器，数据锁存器，函数存贮器，地址计数器，数据I/O口、读写及片选控制器，信号幅度鉴别器及逻辑译码器组成。函数存贮器的存贮数值可由CPU在软件控制下按时间函数关系设定，由信号幅度鉴别器发出同步信号，使能表征桩基缺陷的反射信号随设定的时间函数值送二进制程控放大器放大。
文档编号G01N27/00GK1061286SQ9010897
公开日1992年5月20日 申请日期1990年11月5日 优先权日1990年11月5日
发明者程乐平, 何纪风, 刘明贵, 杨燕军, 张启敏 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所