一种无缆的静力触探采集系统技术方案

一种无缆的静力触探采集系统，包括触探头、PC上位机、压力数据采集卡和深度数据采集系统，深度数据采集系统和压力数据采集卡通过RS232接口电路实现与PC上位机串口的数据传输，PC上位机的输出端连接打印机和显示器；所述压力数据采集卡设置在触探头上，压力数据采集卡由压力传感器、滤波电路、放大电路、单片机Ⅰ和存储芯片Ⅰ依次连接组成；所述深度数据采集系统包括增量式光电编码器、时间同步模块和深度数据采集卡，深度数据采集卡包括单片机Ⅱ和存储芯片Ⅱ。本实用新型专利技术通过控制、存储和同步功能实现了无缆的静力触探，可保证土体原位实验和土体土力学参数，能探测出地下30m以内的土力学参数，并且缩短了工期、节省了劳动力。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于信号探测系统，特别涉及一种无缆的静力触探采集系统。
技术介绍
静力触探试验起源于上世纪二十年代荷兰,当时被形象地称为圆锥贯入试验。上世纪七十年代,电子式传感器被应用到探头上来,例如常见的电阻应变式传感器,可以直接测量锥尖阻力等参数并能用配套仪器记录下来。自从电脑被广泛应用以来,静力触探试验亦进入另一层次之发展阶段,已可以通过计算机向静力触探数据采集系统输入标准程序,对静力触探试验过程进行控制,从而得到迅速而精确的结果,使对静力触探试验的研究得到很大的发展。我国目前使用的静力触探方法主要是通过电缆线传输触探头量测所得压力信号和深度信号。静力触探试验过程中，探头连接着电缆线存在很多不便。除了电缆线和连接头容易损坏，在连接探杆时，往往还需几位人员配合将探杆逐个加上，这个过程耗费时间，使其应用受到了一定局限，且现有的有缆静力触探技术由于压入方式和探头材料的限制，只能探测出地下30m以内的土力学参数，更深的距离只能采用取图样进行实验室测量而非原位实验，土体受到干扰，不能保证土力学参数准确。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种无缆的静力触探采集系统，该系统采用低功耗的控制芯片对静力触探试验过程进行控制、使用IIC协议的存储芯片对有效数据存储、利用实时时钟来实现数据分析时是数据同步。如上构思，本技术的技术方案是：一种无缆的静力触探采集系统，包括触探头，其特征在于：还包括PC上位机、压力数据采集卡和深度数据采集系统，深度数据采集系统和压力数据采集卡通过RS232接口电路实现与PC上位机串口的数据传输，PC上位机的输出端连接打印机和显示器；所述压力数据采集卡设置在触探头上，压力数据采集卡由压力传感器、滤波电路、放大电路、单片机Ⅰ和存储芯片Ⅰ依次连接组成，单片机Ⅰ与电源电路连接，且与RTC时钟芯片Ⅰ
双向连接；所述深度数据采集系统包括增量式光电编码器和深度数据采集卡，深度数据采集卡包括单片机Ⅱ、RTC时钟芯片Ⅱ和存储芯片Ⅱ，单片机Ⅱ的输入端口接收增量式光电编码器的输出信号，单片机Ⅱ的输出端口与存储芯片Ⅱ连接，且与RTC时钟芯片Ⅱ双向连接。上述电源电路包括锂电池供电和电源管理芯片，锂电池通过电源管理芯片与压力数据采集卡的单片机的电源接口连接。上述RTC时钟芯片Ⅰ和RTC时钟芯片Ⅱ采用PCF8563时钟芯片。上述单片机Ⅰ和单片机Ⅱ采用MSP430单片机。上述存储芯片Ⅰ和存储芯片Ⅱ采用AT24C1024。上述电源管理芯片采用RT9193‐33GB。上述触探头采用双桥探头。本技术通过控制、存储和同步功能实现了无缆的静力触探，可保证土体原位实验和土体土力学参数，能探测出地下30m以内的土力学参数，并且缩短了工期、节省了劳动力。附图说明图1是本技术的硬件结构图；图2是压力数据采集卡原理框图；图3是深度数据采集系统框图；图4是压力数据采集卡电源电路图；图5是基准电源电路图；图6是放大电路图；图7是存储电路图。具体实施方式如图1所示：一种无缆的静力触探采集系统，包括PC上位机、压力数据采集卡和深度数据采集系统，深度数据采集系统和压力数据采集卡通过RS232接口电路实现与PC上位机串口的数据传输，PC上位机的输出端连接打印机和显示器。静力触探主要由压力数据采集卡和深度数据采集系统构成，在工作期间，压力数据采集卡装在静力触探头上，主要负责将抬头的锥尖阻力和侧壁摩阻力进行压力采集，并对每组数据附上同步时钟数据。深度数据采集系统主要负责探头深度数据的采集，并对每组数据附上同步时钟数据。作业完毕后通过上位机将压力和深度数据拟合出压力深度数据曲线。基于数据采集卡的无缆静力触探系统是对已有的通过电缆线传
输数据的静力触探系统的改进，触探头使用双桥探头，分别对锥尖阻力和侧壁摩擦阻力进行采集，同时使用光电编码器传感器测量深度。两数据采集卡均以MSP430单片机为核心，以RTC时钟芯片作为数据同步中间参数，数据采集过程由单片机程序控制。压力传感器和光电传感器测得的试验数据由单片机进行采集存储。存储在IIC协议的存储芯片中。1、压力数据采集系统(如图2、4、5、6、7所示)压力数据采集系统的设计包括硬件和软件两个部分，硬件设计内容包括触探头和设置在触探头内的压力数据采集卡，压力数据采集卡由压力传感器、二阶低通滤波电路、差分放大电路、单片机MSP430和存储芯片AT24C1024依次连接组成，单片机MSP430与电源电路连接，与RTC时钟芯片Ⅰ双向连接。触探头用于直接感受土层压力，通过触探头内的压力传感器输出与压力成正比的电压，压力数据采集卡将传感器的输出电压经过滤波、放大后由单片机MSP430定时进行采集，再转换成数字量输出保存到存储芯片AT24C1024上。压力数据采集卡是采用锂电池供电，锂电池通过电源管理芯片RT9193‐33GB给压力数据采集卡提供电能，并且静力触探探头需要提供一个精密电压，此精密电压采用精密电源芯片TL431BIPK提供。探头返回的电压信号在0.1mv‐0.2mv之间变化，通过放大电路将传感器的输出电压放大到单片机可读取的电压信号范围。在实际工作过程中，为降低外界的干扰，通过一个滤波电路，将噪音过滤。软件部分要完成的功能有定时采集数据，对数据进行A/D转换，数据存储和串口通讯功能。2.深度数据采集系统(如图3所示)深度数据采集系统主要包括数据采集硬件和单片机软件，硬件主要包括增量式光电编码器，时间同步模块和深度数据采集卡。深度数据采集卡包括单片机MSP430和存储芯片AT24C1024，单片机MSP430的输入端口接收增量式光电编码器的输出信号，单片机MSP430的输出端口与存储芯片AT24C1024和PCF8563时钟芯片连接。增量式编码器是将位移信号转换成周期性的电信号，单片机MSP430通过记录该周期性的电信号记录探头的位移，深度数据采集系统按照和压力数据采集卡相同的周期进行记录深度数据，并将读取到的数据附上同步时钟数据存储到IIC协议的存储芯片AT24C1024上，深度数据采集系统采用外部供电，用市场上可买到的5V适配器即可。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无缆的静力触探采集系统，包括触探头，其特征在于：还包括PC上位机、压力数据采集卡和深度数据采集系统，深度数据采集系统和压力数据采集卡通过RS232接口电路实现与PC上位机串口的数据传输，PC上位机的输出端连接打印机和显示器；所述压力数据采集卡设置在触探头上，压力数据采集卡由压力传感器、滤波电路、放大电路、单片机Ⅰ和存储芯片Ⅰ依次连接组成，单片机Ⅰ与电源电路连接，且与RTC时钟芯片Ⅰ双向连接；所述深度数据采集系统包括增量式光电编码器和深度数据采集卡，深度数据采集卡包括单片机Ⅱ、RTC时钟芯片Ⅱ和存储芯片Ⅱ，单片机Ⅱ的输入端口接收增量式光电编码器的输出信号，单片机Ⅱ的输出端口与存储芯片Ⅱ连接，且与RTC时钟芯片Ⅱ双向连接。

【技术特征摘要】
1.一种无缆的静力触探采集系统，包括触探头，其特征在于：还包括PC上位机、压力数据采集卡和深度数据采集系统，深度数据采集系统和压力数据采集卡通过RS232接口电路实现与PC上位机串口的数据传输，PC上位机的输出端连接打印机和显示器；所述压力数据采集卡设置在触探头上，压力数据采集卡由压力传感器、滤波电路、放大电路、单片机Ⅰ和存储芯片Ⅰ依次连接组成，单片机Ⅰ与电源电路连接，且与RTC时钟芯片Ⅰ双向连接；所述深度数据采集系统包括增量式光电编码器和深度数据采集卡，深度数据采集卡包括单片机Ⅱ、RTC时钟芯片Ⅱ和存储芯片Ⅱ，单片机Ⅱ的输入端口接收增量式光电编码器的输出信号，单片机Ⅱ的输出端口与存储芯片Ⅱ连接，且与RTC时钟芯片Ⅱ双向连接。2.根据权利要求1所述的一种无缆的静力触探...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚威，张岩，李建军，王慧慧，李梅，赵俊刚，李夏萱，姚明伟，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：新型
国别省市：天津;12