专利名称：锚杆锚固质量电磁法检测发射装置的制作方法
技术领域：
锚杆锚固质量电磁法检测发射装置技术领域[0001]本实用新型涉及用于电磁法检测的具有一定频率的方波信号发射装置，具体来说是采用电磁法检测锚杆锚固质量所用的方波信号发射机。
背景技术：
[0002]当前，锚杆技术正在世界各地的隧道、采掘、高边坡和深基坑等工程支护中得到广泛应用，但是作为隐蔽工程，其锚固质量检测手段却相对滞后。目前工程[0003]上采用的仍然是破坏性拉拔试验，这种检测手段既费工又费时，对加固的岩体也产生较强的扰动，降低了锚杆对岩体的加固作用。而目前国内外关于锚杆的无损[0004]检测主要集中在应力波法、超声波法和超声导波法。[0005]应力波法主要缺点在于一方面应力波法难以解决反射信号变弱甚至消失时长度的判定；另一方面在于理论基础不够完备，不能够正确建立应力波信息和注浆密实度之间的关系，因此很难做到定量测试锚杆注浆密实情况。[0006]超声波法主要有三个问题，一是和P波相比，S波的耦合要困难的多，因为S波是靠介质质点的剪切运动传递的，因此传感器和锚杆端头必须有非常好的耦合，这给实际工程应用带来了许多麻烦，而且有时候根本无法实现；二是超声波衰减严重，由于锚固体对能量的吸收使得仪器的可测深度不大，一般来说对于锚固比较好的锚杆，可测深度为广an ； 三是由于仪器采用被测锚杆与标准锚杆底端反射的幅度比来度量锚固质量，众所周知传感器所测的振动幅度与耦合条件直接相关，但用不同的人安装传感器都会得到不同的耦合条件，因此用不同锚杆的底端反射幅度比去度量锚固质量是不可靠的，故现场不适用。[0007]超声导波法的主要缺陷在于导波在杆件的传播非常复杂，其速度随频率的变化而改变，且对应一个频点上，存在多种模式的导波，导波的这种频散和多模态特性使得对接收信号的分析和处理变得困难，而且其分析仍然是以接收到反射波信号为基础的，未考虑反射信号变弱甚至消失的问题。实用新型内容[0008]本实用新型的目的是在于针对上述存在的缺陷，提供一种频率稳定度高、电流精确度高的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置。[0009]本实用新型的目的是这样实现的一种锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，包括， 工作电源，单片机，与单片机连接的液晶显示单元和键盘，所述工作电源由采用蓄电池供电的24V直流电源以及5V直流电源组成；所述单片机为单片机AT89S51 ；单片机AT89S51的方波信号输出端顺次级联驱动电路以及电压控制电路；单片机AT89S51的电流信号输出端顺次级联D/A转换电路以及恒流源电路；[0010]上述电压控制电路结构为方波信号输入端接于P沟道MOS管的栅极以及N沟道 MOS管的栅极，P沟道MOS管的漏极和N沟道MOS管的漏极均接于负载电阻R7 —端，P沟道 MOS管的源极接于24V直流电源正极，N沟道MOS管的源极接地；[0011]上述恒流源电路结构为电流信号输入端接于运算放大器TLC2272的7脚， TLC2272的5脚和6脚均接地，TLC2272的1脚串接电容C7后接地，TLC2272的3脚和4脚均接于调整管IRF630的源极，且IRF630的源极串接电阻R6后接地，TLC2272的2脚接于 IRF630的栅极，IRF630的漏极接于负载电阻R7另一端。[0012]上述驱动电路结构为单片机AT89S51的管脚18串接电阻R4后接于三极管Ql基极，且电容C5与电阻R4并联，三极管Ql的集电极同时接于三极管Q2的基极以及三极管Q3 的基极，三极管Q2的基极与集电极之间连接有电阻R5，三极管Q2的集电极接MV直流电源正极，三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极均接于上述电压控制电路的方波信号输入端，三极管Ql发射极以及三极管Q3的集电极均接地；上述三极管Ql、Q2和Q3的型号分别为 9012,9014 和 9015。[0013]上述D/A转换电路结构为单片机AT89S51的12脚、13脚和14脚分别接于D/A转换芯片MAX531的8脚、11脚和12脚，MAX531的4脚、7脚、8脚以及14脚均接地，MAX531 的5脚和6脚均接于电解电容C6正极，电解电容C6负极接地，MAX531的1脚、2脚和3脚均接于5V直流电源正极，并同时作为电流信号输出端与所述恒流源电路连接。[0014]上述工作电源的电路结构为24V蓄电池正极接于三极管Q4集电极，三极管Q4基极接于运算放大器LM324的8脚，三极管Q4发射极接于运算放大器LM334的同相输入端， LM334反相输入端接于稳压二极管LM336的负极，LM336的正极接地，LM334的输出端串接电阻R8后接于运算放大器的10脚，三极管Q4的发射极顺次串接电阻R9、电位器RlO和电阻Rll后接地，电位器RlO的滑动臂接运算放大器LM324的11脚，LM324的9脚与14脚连接。[0015]上述键盘为采用87 可编程键盘/显示器芯片实现的4X4触摸式键盘。[0016]上述液晶显示单元采用16字X2的字符型液晶模块TC1602组成。[0017]本装置对锚杆加载恒定电流并建立物理模型，计算出了通电锚杆以及出现空锚时通电锚杆周围的电流和电磁场分布，得到了锚杆长度及锚固质量状况与检测磁场间的函数关系式，从而有效检测出锚杆锚固质量。[0018]本实用新型具有以下特点和优点[0019]1、具有与接收机相配套的工作频率，且频率稳定性好。[0020]2、驱动电路采用三极管反相放大、互补射极输出电路，其突出特点是输出阻抗低。[0021]3、采用间接连续调整型恒流源电路，该电路具有电路比较简单、电流精确度高的特点。[0022]4、本发射机具有功耗低、体积小、轻便等特点。

[0023]图1是本实用新型的硬件结构框图。[0024]图2是本实用新型的电路图。[0025]图3是工作电源的电路图。
具体实施方式
[0026]参见图1、图2示出，单片机采用AT公司的AT89S51。方波发生电路是由AT89S51单片机控制定时器实现输出方波信号，幅值大约在3-5V，考虑到此信号的驱动能力，将此信号通过一个MOSFET对管(蓄电池直接供电)，将方波信号幅值提升至蓄电池电压，然后将此信号输入到恒流源电路，这样最后负载两端的波形就是方波信。图2示出，本锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，主要由工作电源，单片机，与单片机连接的液晶显示单元和键盘等组成。工作电源由采用蓄电池供电的24V直流电源以及5V直流电源组成；单片机型号为 AT89S51 ；单片机AT89S51的方波信号输出端顺次级联驱动电路(可采用现有其它三极管驱动电路)以及电压控制电路；单片机AT89S51的电流信号输出端顺次级联D/A转换电路以及恒流源电路；[0027]上述电压控制电路结构为方波信号输入端接于P沟道MOS管的栅极以及N沟道 MOS管的栅极，P沟道MOS管的漏极和N沟道MOS管的漏极均接于负载电阻R7 —端，P沟道 MOS管的源极接于24V直流电源正极，N沟道MOS管的源极接地；[0028]上述恒流源电路结构为电流信号输入端接于运算放大器TLC2272的7脚， TLC2272的5脚和6脚均接地，TLC2272的1脚串接电容C7后接地，TLC2272的3脚和4脚均接于调整管IRF630的源极，且IRF630的源极串接电阻R6后接地，TLC2272的2脚接于 IRF630的栅极，IRF630的漏极接于负载电阻R7另一端。[0029]上述MOSFET开关管由(增强型)P沟道MOS管和(增强型)N沟道MOS管组成。通常以P管作为负载管，N管作输入管。只需单一的正电源电压。它具有低功耗、高速、抗干扰能力强的特点。[0030]恒流源的基本作用是消除或消弱电源电压、负载电阻和环境温度的变化对输出电流的影晌。[0031]驱动电路结构为单片机AT89S51的管脚18串接电阻R4后接于三极管Ql基极， 且电容C5与电阻R4并联，三极管Ql的集电极同时接于三极管Q2的基极以及三极管Q3的基极，三极管Q2的基极与集电极之间连接有电阻R5，三极管Q2的集电极接24V直流电源正极，三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极均接于上述电压控制电路的方波信号输入端，三极管Ql发射极以及三极管Q3的集电极均接地；上述三极管Ql、Q2和Q3的型号分别为9012、9014和9015。D/A转换电路结构为单片机AT89S51的12脚、13脚和14脚分别接于D/A转换芯片MAX531的8脚、11脚和12脚，MAX531的4脚、7脚、8脚以及14脚均接地，MAX531的5脚和6脚均接于电解电容C6正极，电解电容C6负极接地，MAX531的1脚、 2脚和3脚均接于5V直流电源正极，并同时作为电流信号输出端与所述恒流源电路连接。 键盘为采用87 可编程键盘/显示器芯片实现的4X4触摸式键盘。液晶显示单元采用16 字X2的字符型液晶模块TC1602组成。[0032]参见图3，工作电源的电路结构为24V蓄电池正极接于三极管Q4集电极，三极管 Q4基极接于运算放大器LM3M的8脚，三极管Q4发射极接于运算放大器LM334的同相输入端，LM334反相输入端接于稳压二极管LM336的负极，LM336的正极接地，LM334的输出端串接电阻R8后接于运算放大器的10脚，三极管Q4的发射极顺次串接电阻R9、电位器RlO和电阻Rll后接地，电位器RlO的滑动臂接运算放大器LM3M的11脚，LM324的9脚与14脚连接。[0033]发射机部分电源采用蓄电池供电，其中蓄电池的电压范围为MV。除需要蓄电池电压外，还需+ 5V (各芯片、液晶显示模块所需电压)，其中+ 5V电压是由串联型直流稳压电源电路提供。[0034] 基准电压由稳压管LM336提供，接到放大电路的同相输入端。采样电压与基准电压进行比较后，再将二者的差值进行放大。LM334的作用是保证LM336有一个合适的工作电流。LM336的温度特性为ZOppmZ1C,满足电路设计的要求，LM334的输入电压V +的范围为 3. 5V 40V。
权利要求1.一种锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，包括，工作电源，单片机，与单片机连接的液晶显示单元和键盘，其特征是，所述工作电源由采用蓄电池供电的24V直流电源以及5V 直流电源组成；所述单片机为单片机AT89S51 ；单片机AT89S51的方波信号输出端顺次级联驱动电路以及电压控制电路；单片机AT89S51的电流信号输出端顺次级联D/A转换电路以及恒流源电路；上述电压控制电路结构为方波信号输入端接于P沟道MOS管的栅极以及N沟道MOS 管的栅极，P沟道MOS管的漏极和N沟道MOS管的漏极均接于负载电阻R7 —端，P沟道MOS 管的源极接于24V直流电源正极，N沟道MOS管的源极接地；上述恒流源电路结构为电流信号输入端接于运算放大器TLC2272的7脚，TLC2272的 5脚和6脚均接地，TLC2272的1脚串接电容C7后接地，TLC2272的3脚和4脚均接于调整管IRF630的源极，且IRF630的源极串接电阻R6后接地，TLC2272的2脚接于IRF630的栅极，IRF630的漏极接于负载电阻R7另一端。
2.根据权利要求1所述的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，其特征是，所述驱动电路结构为单片机AT89S51的管脚18串接电阻R4后接于三极管Ql基极，且电容C5与电阻 R4并联，三极管Ql的集电极同时接于三极管Q2的基极以及三极管Q3的基极，三极管Q2的基极与集电极之间连接有电阻R5，三极管Q2的集电极接24V直流电源正极，三极管Q2的发射极以及三极管Q3的发射极均接于上述电压控制电路的方波信号输入端，三极管Ql发射极以及三极管Q3的集电极均接地；上述三极管Ql、Q2和Q3的型号分别为9012、9014和 9015。
3.根据权利要求1所述的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，其特征是，所述D/A转换电路结构为单片机AT89S51的12脚、13脚和14脚分别接于D/A转换芯片MAX531的8 脚、11脚和12脚，MAX531的4脚、7脚、8脚以及14脚均接地，MAX531的5脚和6脚均接于电解电容C6正极，电解电容C6负极接地，MAX531的1脚、2脚和3脚均接于5V直流电源正极，并同时作为电流信号输出端与所述恒流源电路连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，其特征是，所述工作电源的电路结构为24V蓄电池正极接于三极管Q4集电极，三极管Q4基极接于运算放大器LM324的8脚，三极管Q4发射极接于运算放大器LM334的同相输入端，LM334反相输入端接于稳压二极管LM336的负极，LM336的正极接地，LM334的输出端串接电阻R8后接于运算放大器的10脚，三极管Q4的发射极顺次串接电阻R9、电位器RlO和电阻Rll后接地， 电位器RlO的滑动臂接运算放大器LM324的11脚，LM324的9脚与14脚连接。
5.根据权利要求4所述的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，其特征是，所述键盘为采用87 可编程键盘/显示器芯片实现的4X4触摸式键盘。
6.根据权利要求5所述的锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，其特征是，所述液晶显示单元采用16字X2的字符型液晶模块TC1602组成。
专利摘要一种锚杆锚固质量电磁法检测发射装置，主要由单片机、液晶显示单元、键盘、方波发生电路、驱动电路、电压控制电路以及恒流源电路组成。上述驱动电路采用三极管反相放大、互补射极输出电路，上述恒流源电路采用间接连续调整型恒流源电路，单片机控制定时器输出的方波信号经驱动电路放大，再输送至由MOSFET开关管组成的电压控制电路；单片机控制输出的电流信号经A/D转换后送到恒流源电路，最后经恒流源电路输出频率稳定性好、电流精度高的方波信号。本实用新型具有功耗低、体积小的特点，特别适用于锚杆锚固质量的电磁法检测使用。
文档编号G01N22/00GK202257135SQ20112030099
公开日2012年5月30日 申请日期2011年8月18日 优先权日2011年8月18日
发明者孙坤, 张青山, 李元青, 杨燕, 杨龙强, 赵峰, 郭丽蓉, 陈曦, 陈润, 陈远松, 马永浪, 高红兵, 黎欣 申请人:中铁成都工程检测咨询有限责任公司