工程地震地質測試儀的製作方法

2023-11-09 10:21:37

專利名稱：工程地震地質測試儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及工程地震和地質探測中，使用的一種測量儀器，它廣泛應用在地基評價(包括地脈動、剪切波速)、樁基測量、房屋自振、地震小區域規化、地殼淺層地質結構、石油探測、物探等方面的參數測量，為高層建築結構和基礎設計的合理性，提供可靠的依據，也為地質勘探提供資料。
目前工程地震和地質方面的測試儀很多，最常用的有兩種1.地基評價測試儀它用於測試地基地脈動頻率，確定土質的緊密程度。這種儀器的基本原理是採用浮地輸入前置放大器，經濾波器、模擬數字轉換器(A／D轉換器)、計算機數據處理測出速度、位移動態參數。它具有增益高(整個系統高達20萬倍以上)，從而放大器具有共模抑制比高、信噪比高的條件。
2.淺層地震儀(其原理同於樁基測試儀)它用於測試淺層地質對衝擊波速度和加速度的反應，測出淺層地質結構(斷裂、縫隙狀態等)。這種儀器的基本原理是採用單端輸入放大器、經濾波器、模擬數字轉換器、計算機數據處理測出速度、位移動態參數。美國淺層地震儀具有24至128通道，可以解決淺層地質剖面測量，我國樁基測試儀具有4通道，系統增益低(0.1於100倍)，主要用在強振動的參數測量方面。
概括地說，上述現有的工程地震地質測試儀存在如下缺陷1.這些測試儀都不能直接測出加速度動態參數，如果需要測出地層加速度，必須在這類測試儀中，附加電荷放大器進行轉換。
2.現有的工程地震地質測試儀中，每一種性能的測試儀，儀能完成一種功能的動態參數測量，譬如樁基測試儀只能測出樁的動態參數。
3.在測試過程中，首先必須進行多次試探，確定儀器系統靈敏度是否適於測量被測參數，然後對儀器作相應的調查，才能進行被測參數的動態測試，所以測試工作效率較低。
實際上，工程地震機地質測試中，根據不同的測量方法、選用對應的傳感器，譬如壓電晶體加速計、高靈敏度速度傳感器、低靈敏度速度傳感器等，通過測試儀測出各種動態參數，譬如加速度、速度及位移。不論是建築上對地層的測量，還是地質勘探對地層的測量都需要綜合各種測量方法，得出比較全面、正確的依據，雖然上述單功能測試儀不能滿足實際工作的需要。
鑑此，本實用新型的目的是針對上述工程地震地質測試儀存在的缺陷，提出一種多功能的工程地震地質測試儀，它採用了五种放大方式的多功能放大器、實現自動增益控制的比較增益控制器、程控濾波器，以及計算機的高速採集等，從而實現五种放大方式的功能測試，並且具有16通道，因此，本實用新型的測試儀大大提高測試工作效率、測試精確度、操作方便以及大幅度降低成本。
為了實現本實用新型的工程地震地質測試儀的目的，本實用新型包括多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制器(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址解碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉換器(14)、模擬數字轉換器(15)，以及計算機(16)，其特徵在於多功能放大器(2)包含方式控制器(5)、控制的控制端B1、B2、B3和B4，B1、B2、B3和B4的模擬開關K1、K2、K3和K4，兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及兩個輸入電阻R。
本實用新型的其它特徵在於比較增益控制器(8)是由整形器(8a)、積分器(8b)、多級比較器(8c)、基準源(8d)以及解碼器(8c)構成。
本實用新型的其它特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B4，使模擬開關K4閉合，控制端B1、B2和B3使模擬開關K1、K2和K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算入大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩上反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，以及兩個輸入電阻R構成。
本實用新型的其它特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B3、B4，使模擬開關K3、K4閉合，控制端B1、B2使模擬開關K1、K2均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容2C，以及兩個輸入電阻R構成。
本實用新型的其它特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B1、B4，使模擬開關K1、K4閉合，控制端B2、B3使模擬開關K2、K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，以及一個輸入電阻R構成。
本實用新型的其它特徵在於方式控制器(5)控制的B1、B3、B4，使模擬開關K1、K3、K4閉合，控制端B2使模擬開關K2斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及一個輸入電阻R構成。
本實用新型的其它特徵在於方式控制器(5)控制的B1、B2、B3，使模擬開關K1、K2、K3閉合，控制端B4使模擬開關K4斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，為A2的兩個反饋電阻Rf2，兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及一個輸入電阻R構成。


圖1是本實用新型的工程地震地質測試儀基本原理框圖。
圖2是本實用新型的多功能放大器電路原理圖。
圖3是本實用新型的比較增益控制器原理框圖。
圖4是本實用新型的多功能放大器第一種功能電路原理圖。
圖5是本實用新型的多功能放大器第二種功能電路原理圖。
圖6是本實用新型的多功能放大器第三種功能電路原理圖。
圖7是本實用新型的多功能放大器第四種功能電路原理圖。
圖8是本實用新型的多功能放大器第五種功能電路原理圖。
參照圖1通過幾種測量方式詳細敘述本實用新型的一個實施例如下一.房屋自振測量一臺具有16個通道的工程地震地質測試儀，可以同時測量16個不同點的參數，首先將16個高靈 度速度傳感器(1)放入待測房屋的16個不同待測點計算機(16)按固定程序，通過地址解碼器(12)、選擇多功能放大器(2)的放大方式，即方式鎖存器(9)的地址，並且通過總線控制器(13)將多功能放大器置成三端輸入放大方式命令鎖存入方式鎖存器(9)，同時計算機(16)通過地址解碼器(12)，選擇增益鎖存器(10)，將自動增益高速命令鎖存入增益鎖存器(10)，鎖存器將取消增益控制器(6)的控制權，並將控制權交給比較增益控制器(8)，此時比較增益控制器(8)將控制程控放大器(3)、計算機(16)，通過地址解碼器(12)、總線控制器(13)將頻率為0.1Hz至20Hz的頻帶命令，鎖存於濾濾波鎖存器(11)。濾波鎖存器(11)將通過濾波控制器(7)將程控濾波器(4)進行相應的調整，此時比較增益控制器(8)對程控放大器(3)進行自動調整，達到最佳測試增益，然後進行16個通道的數據採集，採集後的波形將由計算機(16)顯示於屏幕上，並且存入磁碟中。
二.地脈動測量首先把三分向高靈敏速度傳感器(1)接入該工程地震地質測試儀的第1，2，3通道的輸入端，並將傳感器(1)放入被測點。然後計算機(14)通過地址解碼(12)，分別選擇多功能放大器(2)的1，2，3方式鎖存器(9)、並通過總線控制器(13)，分別向這三個方式鎖存器(9)發出三端輸入放大方式命令，這三個方式鎖存器(9)將鎖存的此命令，通過方式控制器(5)，將多功能放大器(2)置成三端輸入方式。根據測量要求確定增益控制選擇，將計算機(16)通過地址解碼器(12)，分別選擇1，2，3通道的放大系統的增益鎖存器(10)的地址，通過總線控制器(13)將相應的三個鎖存器置成自動增益控制方式，並設置比較增益控制器(8)中積分器(8b)的時間常數為2秒，則1，2，3通道的比較增益控制器(8)中，以2秒的積分時間進行自動增益控制。計算機(16)通過地址解碼器(12)選擇1，2，3通道的濾波鎖存器(11)，並通過總線控制器(13)，將濾波頻帶為0.5至20Hz的命令鎖存於濾波鎖存器(11)中，此時1，2，3通道的濾波器即被濾波控制器(7)控制為該頻帶的濾波段內。
此時，比較增益控制器(8)對各自的通道增益進行了最佳調整，當計算機(16)進行這三個通道的數據採集後，進行波形顯示和數據存貯，即完成地脈動速度的採集測量。
當進行地脈動位移採集時，計算機(16)只需要改變三個放大器系統的方式鎖存器(9)中的鎖存命令，該命令由方式控制器(5)，將這三個放大系統置成三端輸入積分放大方式進行採集。
當進行地脈動加速度測量，計算機(16)可以通過地址解碼器(12)，分別重新選擇1，2，3通道的方式鎖存器(9)，將放大器系統設置成電荷放大器方式，此時將壓電晶體加速度計(1)替換速度傳感器後，即可以由計算機(16)進行數據採集，完成地脈動的加速度測量。
參照圖2、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8詳述本實用新型的工程地震地質測試儀的一個實施例中，多功能放大器(2)的基本原理如下由方式控制器(5)控制的控制端B1、B2、B3、B4，使模擬開關K1、K2、K3、K4實現閉合和斷開，實現五種測量方式的功能，分別敘述如下一.適合高靈 度速度放大K4閉合，K1、K2、K3斷開，多功能放大器(2)電路改為如圖4所示電路，即構成最典型的三端輸入放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關係為Vout＝(1＋2Rf1／Ri1)(Rf2／Ri2)Vin二.適合高靈 度位移放大K3、K4閉合，K1、K2斷開，多功能放大器(2)電路改為如圖5所示電路，構成三端輸入積分放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關係為Vout＝(1＋Rf1／Ri1)∫2Vin／Rf1C·dt·(Rf2／Ri2)＝(1＋Rf1／Ri1)(Rf2／Ri2)(2／Rf1C)∫Vindt三.適於低增益強信號測試K1、K4閉合，K2、K3斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖6所示電路，構成單端輸入放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關係為Vout＝(1＋2Rf1／Ri1)(Rf2／Ri2)Vin四.適於低增益強信號測試K1、K4、K3閉合，K2斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖7所示電路，構成單端輸入積分放大器，其輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的關係為Vout＝(1＋2Rf1／Ri1)(Rf2／Ri2)∫Vin／RflC·dt＝1／Rf1C(1＋2Rf1／Ri1)(Rf2／Ri2)∫Vindt。
五.適於電荷輸出的壓電晶體加速度傳感器K1、K2、K3閉合，K4斷開，多功能放大器(2)電路和改為如圖8所示電路，構成電荷放大器，其輸入電荷Qin與輸出電荷Vout的關係為Vout＝2×qin／C＝(2／C)qin參照圖3詳述本實用新型的工程地震地質測試儀的一個實施例中，比較增益控制器(8)的基本原理如下根據輸入電壓Vin輸入到程控放大器(3)的信號強度進行調整的，圖3中虛線內部為比較增益控制器(8)的原理框圖，當輸入信號Vin一部分進入程控放大器(3)，另一部分進入比較增益控制器(8)內的整形器(8a)，對信號進行全波整流。整流後的信號電平經積分器(8b)進行按計算機(16)要求的積分時間常數積分後，輸入到多級比較器(8c)與基準沆(8d)進行比較，比較後的邏輯控制信號送入解碼器(8e)進行解碼，當增益鎖存器(10)得到自動增益控制命令後，即將增益控制輸出線置成三態，並向比較增益控制器(8)的允許線提供允許信號，當比較增益控制器(8)內的解碼器(8e)接收到允許信號後，立即對比較增益控制器(8)輸出邏輯解碼後，對增益控制器(6)進行控制，增益控器(6)對程控放大器(3)實施控制，從而實現自動增益控制。
本實用新型的工程地震地質測試儀的一個實施例中，還採用了程控濾波器(4)，它是由濾波控制器(7)，通過改變濾波器電阻的方法，改變高、低通濾波器的上、下限頻率達到控制的。此外，採用高速計算機，解決採集速度與採集數據量之間的矛盾，也解決了高速採集的同時，能進行儀器參數的調整，使測量結果能實行實時處理。
權利要求1.一種工程地震地質測試儀它包括多功能放大器(2)、程控放大器(3)、程控濾波器(4)、方式控制器(5)、增益控制(6)、濾波控制器(7)、比較增益控制器(8)、方式鎖存器(9)、增益鎖存器(10)、濾波鎖存器(11)、地址解碼器(12)、總線控制器(13)、多路轉換器(14)、模擬數字轉換器(15)，以及計算機(16)，其特徵在於多功能放大器(2)包含方式控制器(5)控制的控制端B1、B2、B3和B4，B1、B2、B3和B4的模擬開關K1、K2、K3和K4，兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及兩個輸入電阻R。
2.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於比較增益控制器(8)是由整形器(8a)、積分器(8b)、多級比較器(8c)、基準源(8d)以及解碼器(8c)構成。
3.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B4，使模擬開關K4閉合，控制端B1、B2和B3使模擬開關K1、K2和K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算入大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩上反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，以及兩個輸入電阻R構成。
4.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B3、B4，使模擬開關K3、K4閉合，控制端B1、B2使模擬開關K1、K2均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容2C，以及兩個輸入電阻R構成。
5.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於方式控制器(5)控制的控制端B1、B4，使模擬開關K1、K4閉合，控制端B1、B2使模擬開關K2、K3均斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，以及一個輸入電阻R構成。
6.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於方式控制器(5)控制的B1、B3、B4，使模擬開關K1、K3、K4閉合，控制端B2使模擬開關K2斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，分別為A1和A2的兩個反饋電阻Rf1和兩個反饋電阻Rf2，一個增益調節電阻Ri1和兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及一個輸入電阻R構成。
7.按權利要求1所述的工程地震地質測試儀，其特徵在於方式控制器(5)控制的B1、B2、B3，使模擬開關K1、K2、K3閉合，控制端B4使模擬開關K4斷開，多功能放大器(2)的電路變成由兩個運算放大器A1和一個運算放大器A2，為A2的兩個反饋電阻Rf2，兩個增益調節電阻Ri2，兩個反饋電容C，以及一個輸入電阻R構成。
專利摘要本實用新型涉及工程地震和地質探測中，使用的一種測量儀器，它廣泛應用在地基評價、樁基測量、房屋自振、地質勘探等方面參數測量，為高層建築結構和基礎設計的合理性提供可靠依據，也為地質勘探提供資料。它採用了五种放大方式的多功能放大器，自動增益控制的比較增益控制器、程控濾波器，以及計算機調整採集等，從而實現16通道、五種功能測試，從而大大提高測試工作效率、測試精度，同時該儀器操作方便、成本也大大降低。
文檔編號G01V1/28GK2094752SQ9022473
公開日1992年1月29日 申請日期1990年12月15日 優先權日1990年12月15日
發明者鄧中華 申請人:鄧中華