錨桿長度測量儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種錨桿長度測量儀，主要由正弦信號(hào)發(fā)射模塊、駐波信號(hào)接收模塊、控制模塊、系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡組成；其正弦信號(hào)發(fā)射模塊根據(jù)設(shè)定的頻率間隔產(chǎn)生多個(gè)不同頻率值的正弦信號(hào)，并將這些正弦信號(hào)依次發(fā)射到錨桿上；每個(gè)正弦信號(hào)從錨桿的始端開始進(jìn)行傳輸，在錨桿末端發(fā)生反射后又反向傳輸?shù)藉^桿始端，這樣在錨桿始端入射波和反射波會(huì)疊加形成駐波信號(hào)；駐波信號(hào)接收模塊依次接收錨桿始端的駐波信號(hào)；控制模塊將所有駐波信號(hào)電壓值和頻率值映射在一個(gè)二維曲線上；通過尋找二維曲線的第一個(gè)波谷點(diǎn)所對應(yīng)的頻率值來實(shí)現(xiàn)錨桿的長度的測量。本實(shí)用新型的測量信號(hào)為電磁波，能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測，具有耦合方便，測量長度范圍寬，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】錨桿長度測量儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及錨桿長度測量領(lǐng)域，具體涉及一種錨桿長度測量儀。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，國內(nèi)外測量錨桿長度的方法主要有拉拔實(shí)驗(yàn)法、沖擊應(yīng)力波法和超聲波法 等。拉拔實(shí)驗(yàn)方法多停留在用千斤頂進(jìn)行機(jī)械破損性拉拔實(shí)驗(yàn)階段，會(huì)對錨固結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán) 重破壞，降低錨桿對圍巖的加固作用，因此只能少量抽檢。沖擊應(yīng)力波法通過檢測從錨桿底 部反射回來的波的時(shí)間，結(jié)合固結(jié)波速理論，求出錨桿的長度，存在振動(dòng)波和錨桿的耦合問 題，測量效果往往因人而異。超聲波法可以實(shí)現(xiàn)錨桿長度的無損檢測，將超聲波耦合進(jìn)入桿 體，然后分析聲頻應(yīng)力波在錨固體系中的反射相位特征和能量衰減變化規(guī)律。但是超聲波 在錨桿內(nèi)衰減嚴(yán)重，通常只能對3米以內(nèi)的錨桿進(jìn)行檢測，對錨桿測量端頭也要求苛刻，需 要現(xiàn)場對錨桿端頭進(jìn)行打磨平整，才能將超聲波耦合進(jìn)入桿體。由此可見，現(xiàn)有方法均無法 測量10米以上的金屬錨桿的長度。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的是傳統(tǒng)測量方法無法測量IOm以上金屬錨桿的長度的問 題，而提供的一種能夠?qū)崿F(xiàn)10米以上的金屬錨桿的長度測量的錨桿長度測量儀。
[0004] 為解決上述問題，本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 一種錨桿長度測量儀，主要由正弦信號(hào)發(fā)射模塊、駐波信號(hào)接收模塊、控制模塊、 系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡組成；上述正弦信號(hào)發(fā)射模塊包括信號(hào)產(chǎn)生電路和信號(hào)放大電 路；上述駐波信號(hào)接收模塊包括信號(hào)檢波電路和信號(hào)濾波電路；系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD 卡連接在控制模塊上，控制模塊的輸出端連接信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端，信號(hào)產(chǎn)生電路的輸 出端與信號(hào)放大電路的輸入端相連，信號(hào)放大電路的輸出端連接錨桿的始端；信號(hào)檢波電 路的輸入端連接錨桿的始端，信號(hào)檢波電路的輸出端與信號(hào)濾波電路的輸入端相連，信號(hào) 濾波電路的輸出端連接控制模塊的輸入端。
[0006] 所述信號(hào)放大電路為多級(jí)信號(hào)放大電路。放大電路由五個(gè)寬頻運(yùn)算放大器和八個(gè) 高精度電阻構(gòu)成，放大電路輸入端由兩個(gè)運(yùn)放構(gòu)成兩路電壓跟隨器，提高放大電路的輸入 阻抗，隔離前端信號(hào)對后級(jí)電路的影響；放大電路中間部分由一個(gè)運(yùn)放和四個(gè)電阻構(gòu)成加 法器，將兩路極性相反的信號(hào)合并成一路信號(hào)；放大電路的輸出端由兩個(gè)運(yùn)放和四個(gè)電阻 構(gòu)成兩級(jí)串聯(lián)的同向比例放大電路。
[0007] 所述信號(hào)檢波電路為雙運(yùn)放精密檢波電路。檢波電路由兩個(gè)運(yùn)放，四個(gè)電阻和四 個(gè)肖特基快速二極管構(gòu)成，其中由一個(gè)運(yùn)放，一個(gè)電阻和兩個(gè)二極管構(gòu)成帶負(fù)反饋的負(fù)半 波整流電路，與另外一個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的正半波整流電路信號(hào)疊加，輸出全波整流信號(hào)。
[0008] 所述信號(hào)濾波電路為2個(gè)二階有源低通濾波器級(jí)聯(lián)而成。每個(gè)二階有源低通濾波 器由一個(gè)運(yùn)放，四個(gè)電阻和兩個(gè)電容構(gòu)成，其中兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容構(gòu)成二階無源低通RC 濾波電路，另外兩個(gè)電阻和一個(gè)運(yùn)放在一起構(gòu)成同向比例放大電路，兩部分電路組合起來 構(gòu)成二階有源低通濾波電路。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的發(fā)射端發(fā)出的和接收端接到到的信號(hào)，即測量信 號(hào)為電磁波，而非常見的超聲波，電磁波能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測，具有耦合方便，測量長度范圍 寬，測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。這樣將極大提高礦井錨桿施工的速度和質(zhì)量，并能有效控制錨桿質(zhì) 量情況。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為錨桿測量儀的系統(tǒng)框圖。
[0011] 圖2為圖1中信號(hào)產(chǎn)生電路的原理圖。
[0012] 圖3為圖1中信號(hào)放大電路的原理圖。
[0013] 圖4為圖1中信號(hào)檢波電路的原理圖。
[0014] 圖5為圖1中信號(hào)濾波電路的原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] -種錨桿長度測量儀，如圖1所示，主要由正弦信號(hào)發(fā)射模塊、駐波信號(hào)接收模 塊、控制模塊、系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡組成；上述正弦信號(hào)發(fā)射模塊包括信號(hào)產(chǎn)生電路 和信號(hào)放大電路；上述駐波信號(hào)接收模塊包括信號(hào)檢波電路和信號(hào)濾波電路；系統(tǒng)電源、 晶振、LCD和SD卡連接在控制模塊上，控制模塊的輸出端連接信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端，信 號(hào)產(chǎn)生電路的輸出端與信號(hào)放大電路的輸入端相連，信號(hào)放大電路的輸出端連接錨桿的始 端；信號(hào)檢波電路的輸入端連接錨桿的始端，信號(hào)檢波電路的輸出端與信號(hào)濾波電路的輸 入端相連，信號(hào)濾波電路的輸出端連接控制模塊的輸入端。在本實(shí)施例中，控制模塊為ARM 控制模塊。信號(hào)產(chǎn)生電路輸出兩路幅度相同，極性相反的正弦小信號(hào)，兩路小信號(hào)經(jīng)過信號(hào) 放大電路處理，輸出單路幅度適當(dāng)?shù)恼倚盘?hào)，該正弦信號(hào)將耦合進(jìn)錨桿傳輸。從錨桿反射 回來的信號(hào)經(jīng)過信號(hào)檢波電路進(jìn)行檢波，再經(jīng)過信號(hào)濾波電路，輸出適合ARM控制模塊處 理的直流信號(hào)。SD卡用來存儲(chǔ)測量數(shù)據(jù)，測量操作和測量數(shù)據(jù)繪制的波形在LCD上顯示，系 統(tǒng)電源模塊為系統(tǒng)提供工作電源，晶振為ARM控制模塊提供穩(wěn)定的工作頻率。上述錨桿長 度測量儀的測量信號(hào)為電磁波，能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測，具有耦合方便，測量長度范圍寬，測量 精度高等優(yōu)點(diǎn)。這樣將極大提高礦井錨桿施工的速度和質(zhì)量，并能有效控制錨桿質(zhì)量情況， 為煤礦安全生產(chǎn)提供保障。
[0016] 信號(hào)產(chǎn)生電路，參見圖2,晶振為DDS核提供基準(zhǔn)頻率，ARM控制模塊通過ARM I/O 接口編程來控制信號(hào)產(chǎn)生電路內(nèi)部頻率調(diào)諧控制寄存器FTW的值，F(xiàn)TW寄存器進(jìn)而控制DDS 核輸出，DDS核的輸出經(jīng)過DAC轉(zhuǎn)換輸出兩路幅值相等，相位相反的正弦信號(hào)INA+和INA-。 FTW寄存器的值和輸出頻率的關(guān)系由下式?jīng)Q定。
[0017]

【權(quán)利要求】
1. 錯(cuò)桿長度測量儀，其特征在于：主要由正弦信號(hào)發(fā)射模塊、駐波信號(hào)接收模塊、控制 模塊、系統(tǒng)電源、晶振、LCD和SD卡組成；上述正弦信號(hào)發(fā)射模塊包括信號(hào)產(chǎn)生電路和信 號(hào)放大電路；上述駐波信號(hào)接收模塊包括信號(hào)檢波電路和信號(hào)濾波電路；系統(tǒng)電源、晶振、 LCD和SD卡連接在控制模塊上，控制模塊的輸出端連接信號(hào)產(chǎn)生電路的輸入端，信號(hào)產(chǎn)生 電路的輸出端與信號(hào)放大電路的輸入端相連，信號(hào)放大電路的輸出端連接錯(cuò)桿的始端；信 號(hào)檢波電路的輸入端連接錯(cuò)桿的始端，信號(hào)檢波電路的輸出端與信號(hào)濾波電路的輸入端相 連，信號(hào)濾波電路的輸出端連接控制模塊的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯(cuò)桿長度測量儀，其特征在于；所述信號(hào)放大電路為多級(jí)信 號(hào)放大電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯(cuò)桿長度測量儀，其特征在于；所述信號(hào)檢波電路為雙運(yùn)放 精密檢波電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的錯(cuò)桿長度測量儀，其特征在于；所述信號(hào)濾波電路為2個(gè)二 階有源低通濾波器級(jí)聯(lián)而成。
【文檔編號(hào)】G01B15/00GK204228124SQ201420759056
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】張法全, 周強(qiáng), 王國富, 葉金才, 張海如, 龐成, 韋秦明 申請人:桂林電子科技大學(xué)