CN104501942B - 一种***冲击波测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种***冲击波测量装置，所述装置包括：***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形，实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

Description

一种***冲击波测量装置

技术领域

本发明涉及***冲击波测量领域，尤其涉及一种***冲击波测量装置。

背景技术

***波是由于***或大气压力、水压力的急剧变化所形成的压力脉冲及随之产生的介质的运动。在工程项目建设的过程中，经常需要进行***方便施工的进行，而***容易存在安全隐患，因此需要测量***的冲击波大小来进行安全防范。

在现有技术中，现有的***冲击波测量装置，为人机结合式，包括高速工控机和高速板卡，即，在测量时需要将设备放置在待测量区域，然后牵引控制线和数据线，控制人员在***现场事先挖好的安全坑中进行控制操作测量，高速工控机和高速板卡价格昂贵，成本较高，为了完成完整的测量需要繁杂的线缆布置，并且需要计算机的现场控制，需要人员值守，工作人员的安全性较低，事先准备安全坑需要较大的工作量，且现有的***冲击波测量设备复杂导致体积较大，使用不方便，且需要较大的电力支持，功耗高达200-300W，且现有技术中的冲击波测量装置在采集数据时，环境因素存在较大影响，特别是***工况下高振动冲击，而采用插件方式导致装置可靠性较差。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种***冲击波测量装置，解决了现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题，实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种***冲击波测量装置，所述装置包括：

***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；

数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；

分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形。

其中，所述装置的数据传输采用嵌入式的高速总线进行。

其中，所述数据处理单元具体包括：信号调理模块、A/D转换模块、FPGA模块、MCU控制模块、SRAM缓存模块、存储模块。

其中，所述对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件具体包括：

利用所述信号调理模块将所述电信号数据进行调理；

利用所述A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换，将电信号转换为数字信号，并传输至所述FPGA模块；

所述FPGA模块对传输来的数字信号进行判断和处理，数字信号中的数据由所述FPGA模块在所述SRAM缓存模块中进行缓存，并将数据信息传输至所述MCU控制模块；

所述MCU控制模块对数据进行控制和传输，并将数据存储在所述存储模块中。

其中，所述数据处理单元还包括：USB接口模块、显示模块、电源模块，其中，所述电源模块具体为锂电池电源管理模块。

其中，所述装置采用集信号调理、采集、数据存储、数据预览一体式设计。

其中，所述装置在数据采集的前端采用24位模数转换技术，并结合电路调整，使整个装置的信号动态测量范围有了较大幅度的提升。

其中，所述数据处理单元设有N套参数程式供用户进行选择，所述N为大于等于1的正整数。

其中，所述装置还设有数据线接口。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了将***冲击波测量装置设计为包括：***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形的技术方案，即，首先利用***冲击波信号转换单元将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据，然后利用数据处理单元对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件，最后利用分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形，便于观察获得冲击波数据，减化了传统测量手段中繁杂的线缆布置，并且不再需要计算机的现场控制，根据测量数据的特性重新开发了整套工作模式，现场不再需要人员值守，安全耐用，不再需要高速工控机、高速板卡，改采用嵌入式的高速总线，将传统的工控机和测量板卡合二为一，将原本庞大、繁杂是测量***体积压缩到仅一台电话机大小，设备防护仅需挖个小坑再盖上一块钢板即可，安全性大为提升，采用低功耗设计，内置可充锂电池，现场无须供电支持，大大提升工作效率，改变传统模式中的插件方式为一体焊接方式，以解决***工况下高振动冲击带来的环境影响，采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险，由于防护问题的解决，可靠性的提升，线缆数量减少，并且长度大为缩短，测量中的不可控因素有效减少，所以，有效解决了现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题，进而实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

附图说明

图1是本申请实施例一中***冲击波测量装置的示意图；

图2是本申请实施例一中数据处理单元的组成示意图；

其中，1-***冲击波信号转换单元，2-数据处理单元，3-分析单元。

具体实施方式

本发明提供了一种***冲击波测量装置，解决了现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题，实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

本申请实施中的技术方案为解决上述技术问题。总体思路如下：

采用了将***冲击波测量装置设计为包括：***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形的技术方案，即，首先利用***冲击波信号转换单元将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据，然后利用数据处理单元对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件，最后利用分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形，便于观察获得冲击波数据，减化了传统测量手段中繁杂的线缆布置，并且不再需要计算机的现场控制，根据测量数据的特性重新开发了整套工作模式，现场不再需要人员值守，安全耐用，不再需要高速工控机、高速板卡，改采用嵌入式的高速总线，将传统的工控机和测量板卡合二为一，将原本庞大、繁杂是测量***体积压缩到仅一台电话机大小，设备防护仅需挖个小坑再盖上一块钢板即可，安全性大为提升，采用低功耗设计，内置可充锂电池，现场无须供电支持，大大提升工作效率，改变传统模式中的插件方式为一体焊接方式，以解决***工况下高振动冲击带来的环境影响，采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险，由于防护问题的解决，可靠性的提升，线缆数量减少，并且长度大为缩短，测量中的不可控因素有效减少，所以，有效解决了现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题，进而实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

在实施例一中，提供了一种***冲击波测量装置，请参考图1-图2，所述装置包括：

***冲击波信号转换单元1，所述***冲击波信号转换单元1用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；

数据处理单元2，所述数据处理单元2用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；

分析单元3，所述分析单元3基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形。

其中，在本申请实施例中，所述装置的数据传输采用嵌入式的高速总线进行。

其中，在本申请实施例中，所述数据处理单元具体包括：信号调理模块、A/D转换模块、FPGA模块、MCU控制模块、SRAM缓存模块、存储模块、USB接口模块、显示模块、电源模块。

其中，在本申请实施例中，所述对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件具体包括：

利用所述信号调理模块将所述电信号数据进行调理；

利用所述A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换，将电信号转换为数字信号，并传输至所述FPGA模块；

所述FPGA模块对传输来的数字信号进行判断和处理，数字信号中的数据由所述FPGA模块在所述SRAM缓存模块中进行缓存，并将数据信息传输至所述MCU控制模块；

所述MCU控制模块对数据进行控制和传输，并将数据存储在所述存储模块中。

其中，在实际应用中，***冲击波传感器能用于各种***冲击波测量，具体为：冲击波传感器是将***产生的高频冲击压力转换为电信号的换能装置，一般有压电原理和压阻原理，渠道有进口和国产之分，性能水平方面，进口传感器显著优于国产传感器。

其中，在实际应用中，信号输入仪器后，先经过信号调理电路（运算放大器），经调理后的信号再传入模数转换器（A/D）；经过模数转换器转换，将原来的电信号转换为数字信号输入至FPGA进行判断和处理，数据由FPGA在SRAM中进行缓存，并将相应的信息交由嵌入式总控芯片（MCU）；总控芯片完成对数据的保存，传输等功能。

其中，在实际应用中，具体为：传感器接收到***冲击波，并将冲击波信号转换为电压信号输出；输出的电压信号经仪器中的信号调理（运放2072）进行调理，再输入到模数转换器ADS1675转换，转换后的数据由FPGA模块EP3C160240进行处理，并利用SRAM芯片IS61WV51216缓存，处理后的数据交由MCU模块AT32UC3A3256芯片完成数据的保存、传输等功能。

其中，在本申请实施例中，所述电源模块具体为锂电池电源管理模块。

其中，在实际应用中，采用低功耗设计，内置可充锂电池，现场无须供电支持，大大提升工作效率。

其中，在本申请实施例中，所述装置采用集信号调理、采集、数据存储、数据预览一体式设计。

其中，在本申请实施例中，信号调理方面，一般情况下，传感器都需要配接相应的信号转换模块，常见的有恒压适配器，电荷放大器或恒流适配器，本申请实施例中的装置将相应的适配器电路集成至仪器内部，由于减少了模块，也就减少了接线的不便，更提升了信号传输的可靠性。

其中，在本申请实施例中，数据预览方面，仪器上设有一块高分辨率的液晶显示屏，可用于参数设置和数据的预览，具体使用时，可通过键盘和显示屏对所有采集参数进行现场调整，无须依赖电脑，同时在测量完成后，可通过显示屏对已存数据波形进行预览和数值显示。

其中，在本申请实施例中，仪器在数据采集的前端采用了国际先进的24位模数转换技术，并结合反复的电路调整，使整个仪器的信号动态测量范围有了大幅度的提升，较之传统的12位，16位模数转换技术有了数量级的提升，在原有技术平台上，12位模数转换的有效动态范围约为60dB，量程分辨率约为0.1%；16位模数转换的有效动态范围约为70dB，量程分辨率约为0.03~0.05%；而本仪器在利用24位模数转换技术后，有效动态范围提高至95~100dB，量程分辨率约为0.003~0.001%；这样一来，为应用带来巨大帮助，由于***事件的随机性和瞬态性，信号的大小非常难以预估，仪器如果具有更大的动态范围，那么，在同样的量程范围内，大小信号均可得到有效兼顾，大大提高了信号捕足的可靠性。

其中，在本申请实施例中，所述数据处理单元设有N套参数程式供用户进行选择，所述N为大于等于1的正整数。

其中，在本申请实施例中，参数程式的个数可以根据实际需要进行设定，不申请不做具体的限制，仪器内将用户最常用的几种参数组合进行了罗列，并存储在存储模块中，当用户需要进行选择时，将N套参数程式在显示模块中进行显示，如，平面地面***时的测量参数程式、山地***时的测量参数程式，建筑物***时的测量参数程式等，其中，参数程式可以为根据不同的用户的使用习惯和要求进行设定或调整，如用户A经常需要使用仪器测量工地B的***冲击波，而每次测量的程序相同，因此本方案中的装置根据不同用户的要求设定了常用的N套参数程式供用户进行选择，用户也可以根据自己的操作习惯和实际需求对参数程式进行调整，在装置提供的修改套参数程式界面中进行编辑和修改，然后保存，在下次使用时调用出来使用即可，采用本方案中提供的N套参数程式，用户可在几次按键的操作中完成所需参数的调整，大大简化了现场工作难度，节约了准备时间。

其中，在本申请实施例中，所述装置设有数据线接口和USB接口模块，所述USB接口模块中设有USB接口。

其中，在本申请实施例中，传统的冲击波测量仪器都需要与计算机联机才能将数据取出，这样一来，当现场有多台仪器时，就需要一台一台的取数据，工作效率低下，本申请中的装置不仅支持与计算机联机取数，同时支持***U盘来取数，测量工作完成后，用户只需在仪器上***一个U盘，即可将装置内的所有数据拷贝到U盘中，取完数据后，装置可继续在现场工作，而工作人员只需在计算机上对U盘上数据进行处理分析即可，数据回收时间明显缩短，有效提升现场测量工作效率。

其中，本申请中的技术方案解决了人员和设备的安全问题，具体为：人员和设备的安全问题：传统手段需要人员在工控机前控制和值守，而***工况的安全性是非常差的，一般的做法是需要把仪器布设在距爆源较远的安全距离，并挖出较大的安全坑，工作量较大，效率低下，而且，安全距离外也没有人可以保证是绝对的安全，人员和设备的安全性始终存在疑问。本申请中的技术方案针对这种问题，改采用嵌入式的高速总线，将传统的工控机和测量板卡合二为一，将原本庞大、繁杂是测量***体积压缩到仅一台电话机大小，设备防护仅需挖个小坑再盖上一块钢板即可，安全性大为提升。

与此同时，原本这套***需要较大的电力支持，功耗高达200-300W，野外供电经常会成为问题，本发明整体采用低功耗设计，内置可充锂电池，现场无须供电支持，大大提升工作效率。

进一步的，本申请中的技术方案解决了数据采集的可靠性问题，具体为：整个测量工作的核心在于信号数据的可靠采集，针对这个问题本发明做了以下工作：改变传统模式中的插件方式为一体焊接方式，以解决***工况下高振动冲击带来的环境影响；采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险；由防护问题的解决，带来另一可靠性的提升，线缆数量减少，并且长度大为缩短，测量中的不可控因素有效减少。

其中，在实际应用中，一体焊接方式具体为：仪器改变传统方式的板卡接插方式的物理联接，将所有模块芯片设计在一张电路板上，以芯片焊接方式完成各部分之间的物理联接，可靠性大幅提升。

其中，采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险具体为：仪器设有一个外部通断触发接口，当该接口短接时，为触发等待，断开时则数据采集记录，实际应用中，将细铜丝导线缠于爆源上，爆源***时，导线炸断，信号开始记录；同时，仪器内部设有电平触发功能，可设定一门槛值，如发生外触发故障，当信号来时，达到该门槛值，信号也将可靠记录，为信号测量形成双保险。

其中，在实际应用中，在数据转单元完成采集转换数据，数据处理单元处理完数据后，工作人员利用数据处理单元上的USB接口，将数据处理单元中存储的处理后的数据拷贝到分析单元中进行分析，分析单元可对仪器保存的数据打开绘图，显示压力/时间的相关曲线，并给出该数据中的压力峰值，上升时间，作用时间等专业数据量，同时提供数据导出功能，可实现数据在其它分析***上的通用。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了将***冲击波测量装置设计为包括：***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据；数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形的技术方案，即，首先利用***冲击波信号转换单元将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据，然后利用数据处理单元对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件，最后利用分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形，便于观察获得冲击波数据，减化了传统测量手段中繁杂的线缆布置，并且不再需要计算机的现场控制，根据测量数据的特性重新开发了整套工作模式，现场不再需要人员值守，安全耐用，不再需要高速工控机、高速板卡，改采用嵌入式的高速总线，将传统的工控机和测量板卡合二为一，将原本庞大、繁杂是测量***体积压缩到仅一台电话机大小，设备防护仅需挖个小坑再盖上一块钢板即可，安全性大为提升，采用低功耗设计，内置可充锂电池，现场无须供电支持，大大提升工作效率，改变传统模式中的插件方式为一体焊接方式，以解决***工况下高振动冲击带来的环境影响，采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险，由于防护问题的解决，可靠性的提升，线缆数量减少，并且长度大为缩短，测量中的不可控因素有效减少，所以，有效解决了现有的***冲击波测量装置存在设备体积较大，线缆布置复杂，成本较高，使用不方便，安全性较低，需要较大的电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较低的技术问题，进而实现了***冲击波测量装置结构设计简单合理，成本较低，使用方便，测量效率较高，安全性较高，不需要较大电力支持，在***工况高振动冲击下可靠性较高的技术效果。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种***冲击波测量装置，其特征在于，所述装置包括：

***冲击波信号转换单元，所述***冲击波信号转换单元用于将冲击波传感器的压力数据转换为电信号数据，所述冲击波传感器采集的是地面***冲击波；

数据处理单元，所述数据处理单元用于对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件；

分析单元，所述分析单元基于所述冲击波数据文件进行分析处理，生成冲击波数据图形；所述数据处理单元具体包括：信号调理模块、A/D转换模块、FPGA模块、MCU控制模块、SRAM缓存模块、存储模块；所述对所述电信号数据进行处理和控制，生成冲击波数据文件具体包括：

利用所述信号调理模块将所述电信号数据进行调理；

利用所述A/D转换模块将调理后的信号进行模数转换，将电信号转换为数字信号，并传输至所述FPGA模块；

所述FPGA模块对传输来的数字信号进行判断和处理，数字信号中的数据由所述FPGA模块在所述SRAM缓存模块中进行缓存，并将数据信息传输至所述MCU控制模块；

所述MCU控制模块对数据进行控制和传输，并将数据存储在所述存储模块中，其中，所述装置的数据传输采用嵌入式的高速总线进行；

所述装置采用集信号调理、采集、数据存储、数据预览一体式设计；

所述装置在数据采集的前端采用24位模数转换设计，并结合电路调整提升装置的信号动态测量范围；

所述数据处理单元设有N套参数程式供用户进行选择，包括：平面地面***时的测量参数程式、山地***时的测量参数程式，建筑物***时的测量参数程式，所述N为大于等于3的正整数；

所述装置采用触发记录工作模式，利用内外部触发同时作用，形成数据记录的双保险，具体为：装置设有一个外部通断触发接口，当该接口短接时，为触发等待，断开时则数据采集记录，将细铜丝导线缠于爆源上，爆源***时，导线炸断，信号开始记录；同时，装置内部设有电平触发功能，可设定一门槛值，如发生外触发故障，当信号来时，达到该门槛值，信号将记录，为信号测量形成双保险。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置的数据传输采用嵌入式的高速总线进行。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数据处理单元还包括：USB接口模块、显示模块、电源模块，其中，所述电源模块具体为锂电池电源管理模块。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还设有数据线接口。