专利名称：一种用于岩体的多功能声发射监测仪的制作方法
技术领域：
本发明属于声发射监测仪技术领域，具体涉及ー种用于岩体的多功能声发射监测仪。
背景技术：
地下岩石的开挖将使周围岩石失去原有的平衡状态，其内部原有应カ场将发生改变，其内部贮存的应变能快速释放产生弾性波，这种岩体声发射參数(大事件率、总事件率、 能率)与岩体稳定状态密切相关。目前所使用的监测仪中只有单个频段范围，不能适应多种岩体结构的监测，这样就限制了仪器的使用范围。现使用的声发射监测仪器中只有一路监测通道，不能有效地采集多点数据，使得工作人员的数据采集量増大。当矿井中监测点比较多时人工记录有可能混淆了监测点，使得统计的数据错误。实际下矿监测并不能保证工作人员全天候的实时监测，则可能导致漏掉重要的数据。

发明内容
本发明g在克服上述技术缺陷，目的是提供一种监测数据齐全、能够适应多种岩体、不需要人工现场记录、能长时间无人连续监测和能与PC机通信的用于岩体的多功能声发射监测仪。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是该监测仪由第一传感器、第二传感器、第三传感器、数据采集単元、两片端ロ扩展芯片模块、单片机、PC机、EEPROM存储芯片、人工/自动切换开关和启动按钮组成。数据米集单兀的输入端2a、2b、2c与第一传感器的输出端Va、第二传感器的输出端Vb、第三传感器的输出端Vc对应连接，数据采集单元的输出端ロ D0-D7与单片机的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接；两片端ロ扩展芯片模块的数据总线端ロ D0-D7与单片机的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，两片端ロ扩展芯片模块的端ロ /CS1、A0、A1、/CS2、I/O与单片机的端ロ Ρ2· 3、Ρ2· 4、Ρ2· 5、Ρ2· 6、Ρ1· 4对应连接；单片机的引脚TXD、引脚RXD通过RS232总线与PC机的COMl ロ连接，单片机的端ロ Pl. 5,Pl. 6、Ρ3· 2、Ρ3· 3与EEPROM存储芯片的端ロ SCL1、SDA1、SCL2、SDA2对应连接；人工/自动切换开关的输出端与单片机的Pl. 7ロ相连，启动按钮的输出端与单片机的Pl. 3 ロ相连。所述的数据采集单元由第一滤波电路、第二滤波电路、第三滤波电路、第一仪表放大器、第二仪表放大器、第三仪表放大器、第一米样保持器、第二米样保持器、第三米样保持器、第一电压跟随器、第二电压跟随器、第三电压跟随器、模拟多路开关和Α/D转换组成。第一滤波电路的输出端La、第二滤波电路的输出端Lb、第三滤波电路的输出端Lc与第一仪表放大器的输入端Aia、第二仪表放大器的输入端Aib、第三仪表放大器的输入端Aic对应连接；第一仪表放大器的输出端Aoa、第二仪表放大器的输出端Aob、第三仪表放大器的输出端Aoc与第一米样保持器的输入端Sia、第二米样保持器的输入端Sib、第三米样保持器的输入端Sic对应连接；第一米样保持器的输出端Soa、第二米样保持器的输出端Sob、第三采样保持器的输出端Soc与第一电压跟随器的输入端Fia、第二电压跟随器的输入端Fib、第三电压跟随器的输入端Fic对应连接；第一电压跟随器的输出端Foa、第二电压跟随器的输出端Fob、第三电压跟随器的输出端Foc与模拟多路开关的输入端a、b、c对应连接；模拟多路开关的输出端OUt与Α/D转换的输入端Vin连接。Α/D转换的输出端ロ D0-D7与单片机的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接 ，第一滤波电路的输入端2a、第二滤波电路的输入端2b、第三滤波电路的输入端2c与第一传感器的输出端Va、第二传感器的输出端Vb、第三传感器的输出端Vc对应连接。所述的两片端ロ扩展芯片模块由串行时钟芯片、第一端ロ扩展芯片、第二端ロ扩展芯片、増益调节旋钮开关、两位拨码盘开关、阈值调节旋钮开关、周期调节旋钮开关、24位 数码管显示模块和数码管驱动模块组成。串行时钟芯片的输入端SCLK、RST与第一端ロ扩展芯片的输出端PC5、PC7对应连接，增益调节旋钮开关的输出端IA0-IA7与第一端ロ扩展芯片的输入端PA0-PA7对应连接，两位拨码盘开关的输出端IB0-IB7与第一端ロ扩展芯片的输入端PB0-PB7对应连接，阈值调节旋钮开关的输出端IC0-IC7与第二端ロ扩展芯片的输入端PA0-PA7对应连接，周期调节旋钮开关的输出端ID0-ID7与第二端ロ扩展芯片的输入端PB0-PB7对应连接，数码管驱动模块的端ロ LD1、LD2、LD3、DIN、DCLK与第二端ロ扩展芯片的端ロ PC0-PC4对应连接，数码管驱动模块的输出端DIG0-DIG7与24位数码管显示模块的输入端DIG0-DIG7对应连接。第一端ロ扩展芯片的D0-D7端ロ和第二端ロ扩展芯片的D0-D7端ロ分别与单片机的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，第一端ロ扩展芯片的A0、Al 口和第二端ロ扩展芯片的A0、Al ロ分别与单片机的P2. 4、P2. 5 ロ对应连接；第一端ロ扩展芯片的/CSl ロ与单片机的P2. 3 ロ连接；第二端ロ扩展芯片的/CS2 ロ与单片机的P2. 6 ロ连接；串行时钟芯片的数据端ロ 1/0与单片机的Pl. 4 ロ连接。由于采用上述技术方案，本发明采用三路监测通道，能有效地采集多点数据，不需要人工现场记录，使得工作人员的数据采集工作量減少。避免了当矿井中监测点比较多时人工记录有可能混淆监测点，使得统计的数据更为准确，实现了全天候的实时监测，能长时间无人连续监测，能保证检测数据齐全。本发明对岩体的声发射大事件率、总事件率和能率等特征參数进行人工模式或自动模式的全天候的长时间监测，监测周期可调，可存储4Mbit (监测点、时间、三路声发射參数)，能与PC机通信，实现了通过PC机下载所存储在EEPROM存储芯片中的数据同时能实时接收三路采样的数据，并且能对下位机的时钟进行校准，这样就可以为后续的工作提供可靠且便于分析研究的数据资料。因此，本发明具有监测数据齐全、能够适应多种岩体、不需要人工现场记录、能长时间无人连续监测和能与PC机通信的特点。


图I是本发明的一种结构示意图；图2是图I中数据采集単元2的结构示意 图3是图I中两片端ロ扩展芯片模块3的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进ー步的描述，并非对其保护范围的限制。·实施例I
一种用于岩体的多功能声发射监测仪。如图I所示该检测仪的结构由第一传感器I、第二传感器10、第三传感器9、数据采集単元2、两片端ロ扩展芯片模块3、单片机4、PC机5、EEPROM存储芯片6、人工/自动切换开关7和启动按钮8组成。数据采集単元2的输入端2a、2b、2c与第一传感器I的输出端Va、第二传感器10的输出端Vb、第三传感器9的输出端Vc对应连接，数据采集单元2的输出端ロ D0-D7与单片机4的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接；两片端ロ扩展芯片模块3的数据总线端ロD0-D7与单片机4的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，两片端ロ扩展芯片模块3的端ロ /CSUA0,AU/CS2, I/O 与单片机 4 的端 ロ Ρ2· 3、Ρ2· 4、Ρ2· 5、Ρ2· 6、Ρ1· 4 对应连接；单片机4的引脚TXD、引脚RXD通过RS232总线与PC机5的COMl ロ连接，单片机4的端ロ Pl. 5、Pl. 6、Ρ3· 2、Ρ3· 3 与 EEPROM 存储芯片 6 的端 ロ SCL1、SDA1、SCL2、SDA2 对应连接;人工 / 自动切换开关7的输出端与单片机4的Pl. 7 ロ相连，启动按钮8的输出端与单片机4的Pl. 3ロ相连。如图2所示本具体实施方式
所述的数据采集单元2由第一滤波电路11、第二滤波电路23、第三滤波电路24、第一仪表放大器12、第二仪表放大器21、第三仪表放大器22、第一采样保持器13、第二采样保持器19、第三采样保持器20、第一电压跟随器14、第二电压跟随器17、第三电压跟随器18、模拟多路开关15和Α/D转换16组成。第一滤波电路11的输出端La、第二滤波电路23的输出端Lb、第三滤波电路24的输出端Lc与第一仪表放大器12的输入端Aia、第二仪表放大器21的输入端Aib、第三仪表放大器22的输入端Aic对应连接；第一仪表放大器12的输出端Aoa、第二仪表放大器21的输出端Aob、第三仪表放大器22的输出端Aoc与第一米样保持器13的输入端Sia、第二采样保持器19的输入端Sib、第三采样保持器20的输入端Sic对应连接；第一采样保持器13的输出端Soa、第二米样保持器19的输出端Sob、第三米样保持器20的输出端Soc与第ー电压跟随器14的输入端Fia、第二电压跟随器17的输入端Fib、第三电压跟随器18的输入端Fic对应连接；第一电压跟随器14的输出端Foa、第二电压跟随器17的输出端Fob、第三电压跟随器18的输出端Foc与模拟多路开关15的输入端a、b、c对应连接；模拟多路开关15的输出端out与Α/D转换16的输入端vin连接。Α/D转换16的输出端ロ D0-D7与单片机4的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接；第一滤波电路11的输入端2a、第二滤波电路23的输入端2b、第三滤波电路24的输入端2c与第一传感器I的输出端Va、第二传感器10的输出端Vb、第三传感器9的输出端Vc对应连接。如图3所示本具体实施方式
所述的两片端ロ扩展芯片模块3由串行时钟芯片25、第一端ロ扩展芯片26、第二端ロ扩展芯片33、増益调节旋钮开关27、两位拨码盘开关28、阈值调节旋钮开关29、周期调节旋钮开关30、24位数码管显示模块31和数码管驱动模块32组成。串行时钟芯片25的输入端SCLK、RST与第一端ロ扩展芯片26的输出端PC5、PC7对应连接，增益调节旋钮开关27的输出端IA0-IA7与第一端ロ扩展芯片26的输入端PA0-PA7对应连接，两位拨码盘开关28的输出端IB0-IB7与第一端ロ扩展芯片26的输入端PB0-PB7对应连接，阈值调节旋钮开关29的输出端IC0-IC7与第二端ロ扩展芯片33的输入端PA0-PA7对应连接，周期调节旋钮开关30的输出端ID0-ID7与第二端ロ扩展芯片33的输入端PB0-PB7对应连接，数码管驱动模块32的端ロ LDl、LD2、LD3、DIN、DCLK与第二端ロ扩展芯片33的端ロ PC0-PC4对应连接，数码管驱动模块32的输出端DIG0-DIG7与24位数码管显示模块31的输入端DIG0-DIG7对应连接。第一端ロ扩展芯片26的D0-D7端口和第二端ロ扩展芯片33的D0-D7端ロ分别与单片机4的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，第一端ロ扩展芯片26的A0、Al 口和第二端ロ扩展芯片33的A0、A1 ロ分别与单片机4的P2.4、P2. 5 ロ对应连接；第一端ロ扩展芯片26的/CSl ロ与单片机4的P2. 3 ロ连接；第二端ロ扩展芯片33的/CS2 ロ与单片机4的P2. 6 ロ连接；串行时钟芯片25的数据端ロ I/O与单片机4的Pl. 4 ロ连接。本具体实施方式
采用三路监测通道，能有效地采集多点数据，不需要人工现场记录，使得工作人员的数据采集工作量減少。避免了当矿井中监测点比较多时人工记录有可能混淆监测点，使得统计的数据更准确，实现了全天候的实时监测，能长时间无人连续监测，能保证检测数据齐全。本具体实施方式
对岩体的声发射大事件率、总事件率和能率等特征參数进行人工模式或自动模式的全天候的长时间监测，监测周期可调，可存储4Mbit (监测点、时间、三路声发射參数)，能与PC机5通信，实现了通过PC机5下载所存储在EEPROM存储芯片6中的数据同时能实时接收三路采样的数据，并且能对下位机的时钟进行校准，这样就可以为后续的工作提供可靠且便于分析研究的数据资料。
因此，本具体实施方式
具有监测数据齐全、能够适应多种岩体、不需要人工现场记录、能长时间无人连续监测和能与PC机通信的特点。
权利要求
1.一种用于岩体的多功能声发射监测仪，其特征在于该监测仪由第一传感器(I)、第ニ传感器(10)、第三传感器(9)、数据采集単元(2)、两片端ロ扩展芯片模块(3)、单片机(4)、PC机(5)、EEPROM存储芯片(6)、人工/自动切换开关(7)和启动按钮(8)组成； 数据米集单兀(2)的输入端2a、2b、2c与第一传感器(I)的输出端Va、第二传感器(10)的输出端Vb、第三传感器(9)的输出端Vc对应连接，数据采集单元(2)的输出端ロ D0-D7与单片机(4)的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接；两片端ロ扩展芯片模块(3)的数据总线端ロ D0-D7与单片机(4)的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，两片端ロ扩展芯片模块(3)的端 ロ /CS1、A0、A1、/CS2、I/O 与单片机(4)的端 ロ P2. 3、P2. 4、P2. 5、P2. 6、Pl. 4 对应连接；单片机(4)的引脚TXD、引脚RXD通过RS232总线与PC机(5)的COMl ロ连接，单片机(4)的端 ロ Pl. 5、Pl. 6、P3. 2、P3. 3 与 EEPROM 存储芯片(6)的端 ロ SCL1、SDA1、SCL2、SDA2对应连接；人工/自动切换开关(7)的输出端与单片机(4)的Pl. 7 ロ相连，启动按钮(8)的输出端与单片机⑷的Pl. 3 ロ相连。
2.根据权利要求I所述的用于岩体的多功能声发射监测仪，其特征在于所述的数据采集単元(2)由第一滤波电路(11)、第二滤波电路(23)、第三滤波电路(24)、第一仪表放大器(12)、第二仪表放大器(21)、第三仪表放大器(22)、第一米样保持器(13)、第二米样保持器(19)、第三采样保持器(20)、第一电压跟随器(14)、第二电压跟随器(17)、第三电压跟随器(18)、模拟多路开关(15)和A/D转换(16)组成； 第一滤波电路(11)的输出端La、第二滤波电路(23)的输出端Lb、第三滤波电路(24)的输出端Lc与第一仪表放大器(12)的输入端Aia、第二仪表放大器(21)的输入端Aib、第三仪表放大器(22)的输入端Aic对应连接；第一仪表放大器(12)的输出端Aoa、第二仪表放大器(21)的输出端Aob、第三仪表放大器(22)的输出端Aoc与第一米样保持器(13)的输入端Sia、第二采样保持器(19)的输入端Sib、第三采样保持器(20)的输入端Sic对应连接；第一米样保持器(13)的输出端Soa、第二米样保持器(19)的输出端Sob、第三米样保持器(20)的输出端Soc与第一电压跟随器(14)的输入端Fia、第二电压跟随器(17)的输入端Fib、第三电压跟随器(18)的输入端Fic对应连接；第一电压跟随器(14)的输出端Foa、第二电压跟随器(17)的输出端Fob、第三电压跟随器(18)的输出端Foc与模拟多路开关(15)的输入端a、b、c对应连接；模拟多路开关(15)的输出端out与A/D转换(16)的输入端vin连接； A/D转换(16)的输出端ロ D0-D7与单片机(4)的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接；第一滤波电路(11)的输入端2a、第二滤波电路(23)的输入端2b、第三滤波电路(24)的输入端2c与第一传感器(I)的输出端Va、第二传感器(10)的输出端Vb、第三传感器(9)的输出端Vc对应连接。
3.根据权利要求I所述的用于岩体的多功能声发射监测仪，其特征在于所述的两片端ロ扩展芯片模块(3)由串行时钟芯片(25)、第一端ロ扩展芯片(26)、第二端ロ扩展芯片(33)、増益调节旋钮开关(27)、两位拨码盘开关(28)、阈值调节旋钮开关(29)、周期调节旋钮开关(30)、24位数码管显示模块(31)和数码管驱动模块(32)组成 串行时钟芯片(25)的输入端SCLK、RST与第一端ロ扩展芯片(26)的输出端PC5、PC7对应连接，增益调节旋钮开关(27)的输出端IA0-IA7与第一端ロ扩展芯片(26)的输入端PA0-PA7对应连接，两位拨码盘开关(28)的输出端IB0-IB7与第一端ロ扩展芯片(26)的输入端PB0-PB7对应连接，阈值调节旋钮开关(29)的输出端IC0-IC7与第二端ロ扩展芯片(33)的输入端PA0-PA7对应连接，周期调节旋钮开关(30)的输出端ID0-ID7与第二端ロ扩展芯片(33)的输入端PB0-PB7对应连接，数码管驱动模块(32)的端ロ LD1、LD2、LD3、DIN、DCLK与第二端ロ扩展芯片(33)的端ロ PC0-PC4对应连接，数码管驱动模块(32)的输出端DIG0-DIG7与24位数码管显示模块(31)的输入端DI·G0-DIG7对应连接； 第一端ロ扩展芯片(26)的D0-D7端口和第二端ロ扩展芯片(33)的D0-D7端ロ分别与单片机(4)的数据总线端ロ PO. 0-P0. 7对应连接，第一端ロ扩展芯片(26)的A0、A1 口和第ニ端ロ扩展芯片(33)的A0、Al ロ分别与单片机(4)的P2. 4、P2. 5 ロ对应连接；第一端ロ扩展芯片(26)的/CSl ロ与单片机(4)的P2. 3 ロ连接；第二端ロ扩展芯片(33)的/CS2 ロ与单片机(4)的P2.6 ロ连接；串行时钟芯片(25)的数据端ロ I/O与单片机(4)的Pl. 4 ロ连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于岩体的多功能声发射监测仪。其技术方案是数据采集单元(2)的输入端2a、2b和2c与第一传感器(1)、第二传感器(10)和第三传感器(9)的输出端Va、Vb和Vc对应连接，单片机(4)的口P0.0-P0.7与数据采集单元(2)的输出端D0-D7和两片端口扩展芯片模块(3)的口D0-D7对应连接，两片端口扩展芯片模块(3)的端口/CS1、A0、A1、/CS2和I/O与单片机(4)的端口P2.3、P2.4、P2.5、P2.6和P1.4对应连接；单片机(4)的引脚TXD、RXD通过RS232总线与PC机(5)的COM1口连接；单片机(4)与EEPROM存储芯片(6)、人工/自动切换开关(7)和启动按钮(8)连接。本发明具有监测数据齐全、能够适应多种岩体、能长时间无人连续监测和能与PC机通信的特点。
文档编号G01V1/00GK102681005SQ201210185060
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者周凤星, 汪丽君, 陈继海 申请人:武汉科技大学