一種巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種巖體結(jié)構(gòu)測(cè)量裝置，具體地說(shuō)涉及一種巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002]巖體結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)與其力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)，進(jìn)而決定了巖體的力學(xué)性質(zhì)和巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。也就是說(shuō)，在結(jié)構(gòu)面的剪切理論模型和經(jīng)驗(yàn)公式中，只有包含結(jié)構(gòu)面起伏度相關(guān)參數(shù)才能正確反映結(jié)構(gòu)面的實(shí)際力學(xué)行為。所以，室內(nèi)外對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)進(jìn)行精細(xì)描述與測(cè)定，具有非常高的科研價(jià)值和工程實(shí)際應(yīng)用需求，是研宄結(jié)構(gòu)面變形和強(qiáng)度等力學(xué)機(jī)理的基礎(chǔ)，亦是建立其相應(yīng)地質(zhì)-力學(xué)模型的先決條件。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，巖體結(jié)構(gòu)面起伏曲線測(cè)量有激光法和機(jī)械法兩種。激光法測(cè)量精度較高，但是測(cè)量?jī)x器復(fù)雜而且需要標(biāo)準(zhǔn)巖石斷面，成為其大范圍推廣應(yīng)用的瓶頸，不能夠很好地在野外應(yīng)用。有時(shí)，由于巖體結(jié)構(gòu)面表面風(fēng)化等因素影響，激光法測(cè)量?jī)x器的使用效果不太理想。野外的常規(guī)方法主要是利用百分表在巖體結(jié)構(gòu)面表面間隔性地插入來(lái)測(cè)量起伏度數(shù)值，其測(cè)量精度和繪制速度均不理想。而且對(duì)于手工測(cè)量?jī)x器，其速度較慢，尤其在工作環(huán)境條件較差的情況下，如豎直結(jié)構(gòu)面的測(cè)量、地下水豐富地段、隧道中光線不足地段等等，難以應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量速度快、結(jié)果可靠的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x。
[0005]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:一種巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，包括探測(cè)金屬針、支柱、面板、單片機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、光電耦合器、可控硅整流器、電源、程控放大器、模擬開(kāi)關(guān)、分頻器、顯示器、485通信電路、PC機(jī)、存儲(chǔ)器，測(cè)量?jī)x通過(guò)支柱放置在巖體結(jié)構(gòu)面上，所述支柱上固定有面板，探測(cè)金屬針穿過(guò)面板與巖體結(jié)構(gòu)面接觸，單片機(jī)通過(guò)光電耦合器、可控硅整流器與所述探測(cè)金屬針相連，所述探測(cè)金屬針通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)與所述單片機(jī)相連，所述模擬開(kāi)關(guān)通過(guò)程控放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器與所述單片機(jī)相連，所述單片機(jī)通過(guò)485通信電路與PC機(jī)相連，所述單片機(jī)將采集結(jié)果保存于存儲(chǔ)器，并通過(guò)顯示器對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0006]所述單片機(jī)為STM32F103RB。
[0007]所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器為DAC0832。
[0008]所述探測(cè)金屬針為19 X 19的矩陣探針。
[0009]所述測(cè)量?jī)x還包含可發(fā)出報(bào)警信號(hào)的蜂鳴器，矩陣探針如有未導(dǎo)通的，蜂鳴器將發(fā)出蜂鳴報(bào)警信號(hào)。
[0010]所述支柱可伸縮，可以根據(jù)不同巖體結(jié)構(gòu)面起伏形態(tài)調(diào)整測(cè)量?jī)x面板的高度。
[0011]本實(shí)用新型采用自動(dòng)化巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，編入自動(dòng)化的計(jì)算程序，批量采集巖體結(jié)構(gòu)面起伏度數(shù)據(jù)，徹底解決了采集數(shù)據(jù)單個(gè)讀取、單個(gè)求解的問(wèn)題。每次采集結(jié)果都直接顯示在屏幕上，一目了然，不需要輔助計(jì)算，并且可以根據(jù)不同巖體結(jié)構(gòu)面調(diào)整測(cè)量?jī)x面板的高度，使用非常方便，能準(zhǔn)確、快捷地反映巖體軟/硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面的波狀起伏、凹凸形態(tài)、粗糙程度，測(cè)定其粗糙度和起伏角。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型測(cè)量?jī)x的主視圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型測(cè)量?jī)x的俯視圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型測(cè)量?jī)x的右視圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型測(cè)量?jī)x的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖5是本實(shí)用新型測(cè)量?jī)x的集成電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1、2、3所示，本實(shí)用新型的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，包括19X19的矩陣探針1、面板2、切換開(kāi)關(guān)3、IXD液晶顯不屏4、插銷口 5、可伸縮的支柱6、巖體試樣7、矩陣探針插孔8、鋼制邊框9，在面板2上集成有數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832、譯碼器74LS138、單片機(jī)STM32F103RB、蜂鳴器，測(cè)量?jī)x通過(guò)支柱6放置在巖體試樣7結(jié)構(gòu)面上，面板2固定在支柱6上，矩陣探針I(yè)穿過(guò)面板2與巖體試樣7結(jié)構(gòu)面接觸，矩陣探針I(yè)起伏度不同所對(duì)應(yīng)的電阻值通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832、譯碼器74LS138經(jīng)RS-485串行通信總線傳遞到單片機(jī)STM32F103RB，并通過(guò)IXD液晶顯示屏4顯示探點(diǎn)的坐標(biāo)值和起伏差。測(cè)量時(shí)，當(dāng)矩陣探針I(yè)有未導(dǎo)通時(shí)，利用STM32F103RB的通信端口與矩陣探針I(yè)相連，向其發(fā)出檢測(cè)命令及接受電阻數(shù)據(jù)；矩陣探針如有未導(dǎo)通的，蜂鳴器將發(fā)出蜂鳴報(bào)警信號(hào)。
[0018]如圖4所示，單片機(jī)通過(guò)光電耦合器、可控硅整流器與探測(cè)金屬針相連，探測(cè)金屬針通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)與所述單片機(jī)相連，模擬開(kāi)關(guān)通過(guò)程控放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)相連，單片機(jī)通過(guò)485通信電路與PC機(jī)相連，單片機(jī)將采集結(jié)果保存于存儲(chǔ)器，并通過(guò)顯示器對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行顯示。
[0019]矩陣探針I(yè)在工作時(shí)，是按照行線和列線交叉點(diǎn)的電平值來(lái)識(shí)別按鍵的，對(duì)于mXn個(gè)探點(diǎn)，只需要m+n位I/O端口。本實(shí)施例采用的是19X 19的矩陣探針I(yè)。對(duì)于19X19=361個(gè)鍵的鍵盤，采用矩陣方式只要用19條引線和2個(gè)8位端口便完成探針的連接。
[0020]DAC0832是Nat1nal Semiconductor生產(chǎn)的一款D/A (數(shù)字/模擬)轉(zhuǎn)換器，其采用CMOS工藝和R - 2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)一對(duì)差動(dòng)電流1l和102輸出。在本實(shí)施例中主要用來(lái)將開(kāi)關(guān)打入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)。
[0021]如圖5所示，在本實(shí)施例中74LS138用于將SL0~SL2鎖確定的信號(hào)經(jīng)譯碼器譯為矩陣鍵盤的行選擇線。
[0022]以面板2和巖體試樣7底面作為基準(zhǔn)平面，使用矩陣探針I(yè)沿剪切方向測(cè)得巖體試樣7結(jié)構(gòu)面不同起伏的電阻差，依據(jù)R= P L/S得出巖體試樣7結(jié)構(gòu)面與面板2的距離，最終統(tǒng)計(jì)剪切面的起伏度。
[0023]測(cè)量?jī)x的尺寸需能覆蓋野外小范圍內(nèi)巖體結(jié)構(gòu)面或室內(nèi)攜剪樣(包括砼在內(nèi))，綜合室內(nèi)外科學(xué)研宄和工程實(shí)踐取長(zhǎng)寬為40 X 40cm2，內(nèi)部布置19排孔，每排19個(gè)，所覆蓋的范圍以實(shí)際測(cè)試巖體試樣的大小為準(zhǔn)。如圖1所示，測(cè)量?jī)x的面板2尺寸為:4個(gè)立柱為直徑Φ 20mm、高1mm的圓柱形木塊，與直徑Φ8ι?πι的銷制銷連接為一體；考慮到巖體試樣高度的不同，另外加工有4個(gè)直徑Φ 20mm、高1mm的圓環(huán)形木塊，內(nèi)環(huán)大小與銷的直徑一致，可穿入銷內(nèi)，以調(diào)整木板的高度。
[0024]本實(shí)用新型通過(guò)電子控制方式取代了以往的人工測(cè)量，利用矩陣探針I(yè)的電阻變化來(lái)反應(yīng)探針的起伏，從而間接得出巖體表面的起伏差。通過(guò)采用通用型64引腳STM32微控制器，外圍電路裝有數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，對(duì)采集到的電阻信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，采用IXD液晶顯示屏作為終端顯示，使用RS-485串行通信，并設(shè)制O號(hào)一 18號(hào)探測(cè)通道，每一個(gè)通道有19個(gè)測(cè)點(diǎn)，采集測(cè)點(diǎn)的電阻信息，通過(guò)電阻率公式R=P L/S得到起伏的變化信號(hào)，R-探測(cè)金屬針電阻；P-探測(cè)金屬針電阻率；L-探測(cè)金屬針長(zhǎng)度；S-探測(cè)金屬針橫斷面面積。
[0025]使用本實(shí)用新型進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程如下:
[0026](I)通5V直流電，開(kāi)啟測(cè)量?jī)x，系統(tǒng)初始化；
[0027](2)啟動(dòng)儀器自檢，檢測(cè)矩陣探針I(yè)是否導(dǎo)通，如有未導(dǎo)通的，蜂鳴器將發(fā)出蜂鳴報(bào)警信號(hào)；
[0028](3)輸入工程名稱、測(cè)試地點(diǎn)、測(cè)試日期、測(cè)試人員等相關(guān)信息；
[0029](4)確認(rèn)儀器正常后設(shè)置基準(zhǔn)面參數(shù)及可伸縮支柱6的高度，支柱6高度不大于巖體試樣7厚度的兩倍，通過(guò)矩陣鍵盤輸入基本面參數(shù)，并按確認(rèn)開(kāi)始測(cè)量；
[0030](5)測(cè)試模式選擇，測(cè)試模式分為單通道模式和復(fù)合模式；
[0031]選擇單通道模式進(jìn)入通道選擇界面，例如，選擇通道O號(hào)，將通道O號(hào)的19個(gè)探針按下直至與巖體結(jié)構(gòu)面接觸，操作完畢，選擇探針參數(shù)返回，IXD液晶顯示屏4將以直角坐標(biāo)的形式顯示探針的起伏差，橫坐標(biāo)為探點(diǎn)編號(hào)，縱坐標(biāo)為探針的起伏差，確認(rèn)之后，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存；
[0032]復(fù)合模式與單通道模式操作類似，例如，選擇O號(hào)到10號(hào)通道，選擇的通道同時(shí)導(dǎo)通，按下探針?lè)祷財(cái)?shù)據(jù)，按切換開(kāi)關(guān)3數(shù)據(jù)就依次在LCD液晶顯示屏4上顯示，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)保存，數(shù)據(jù)將保存在內(nèi)置可移動(dòng)SD卡中；
[0033](6)觀察數(shù)據(jù)，進(jìn)入SD卡數(shù)據(jù)管理，例如，選擇工程1，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，可觀察工程I數(shù)據(jù)，也可進(jìn)行刪除管理，STM32內(nèi)置閃存為128kB，所以要定期管理，或者倒入外部SD卡；
[0034](7)關(guān)閉儀器，移除SD卡并與個(gè)人PC機(jī)連通，數(shù)據(jù)為jpg格式，可用圖片軟件打開(kāi)進(jìn)行觀察，不支持在PC機(jī)上進(jìn)行探點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)處理。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括探測(cè)金屬針、支柱、面板、單片機(jī)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、光電耦合器、可控硅整流器、電源、程控放大器、模擬開(kāi)關(guān)、分頻器、顯示器、485通信電路、PC機(jī)、存儲(chǔ)器，測(cè)量?jī)x通過(guò)支柱放置于巖體結(jié)構(gòu)面上，所述支柱上固定有面板，探測(cè)金屬針穿過(guò)面板與巖體結(jié)構(gòu)面接觸，單片機(jī)通過(guò)光電耦合器、可控硅整流器與所述探測(cè)金屬針相連，所述探測(cè)金屬針通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)與所述單片機(jī)相連，所述模擬開(kāi)關(guān)通過(guò)程控放大器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器與所述單片機(jī)相連，所述單片機(jī)通過(guò)485通信電路與PC機(jī)相連，所述單片機(jī)將采集結(jié)果保存于存儲(chǔ)器，并通過(guò)顯示器對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述單片機(jī)為STM32F103RB。
3.如權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述數(shù)/模轉(zhuǎn)換器為DAC0832。
4.如權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述探測(cè)金屬針為19X19的矩陣探針。
5.如權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x還包含可發(fā)出報(bào)警信號(hào)的蜂鳴器。
6.如權(quán)利要求1所述的巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述支柱可伸縮。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種巖體結(jié)構(gòu)面起伏度測(cè)量?jī)x，包括矩陣探針、支柱、面板、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、譯碼器、單片機(jī)、顯示器。測(cè)量?jī)x通過(guò)支柱放置于巖體結(jié)構(gòu)面上，所述支柱上固定有面板，矩陣探針穿過(guò)面板與巖體結(jié)構(gòu)面接觸，所述矩陣探針起伏度不同所對(duì)應(yīng)的電阻值通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器、譯碼器傳遞到單片機(jī)，并通過(guò)顯示器對(duì)采集結(jié)果進(jìn)行顯示。本實(shí)用新型能自動(dòng)、批量采集巖體結(jié)構(gòu)面起伏度數(shù)據(jù)，每次采集結(jié)果都直接顯示在屏幕上，一目了然，不需要輔助計(jì)算。并且可以根據(jù)不同對(duì)象調(diào)整測(cè)試面板的高度，使用非常方便，能準(zhǔn)確、快捷地反映巖體軟/硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面的波狀起伏、凹凸形態(tài)、粗糙程度，測(cè)定其粗糙度和起伏角。
【IPC分類】G01B7-34
【公開(kāi)號(hào)】CN204404996
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520110785
【發(fā)明人】曹運(yùn)江, 何斌華, 楊浩, 戴世鑫, 蔣宗立, 陳秋南, 楊小芹, 黃玉鳳
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年2月15日