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专利名称：悬挂式波速测井仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及岩土工程勘察测试技术领域的一种悬挂式波速测井仪，特别适合作岩土勘察时在钻孔中测定岩土的压缩波和剪切波传播速度的波速测量装置。
背景技术：
在工程地质勘察中，一般采用钻探方法，钻孔取样，得到不同岩性的厚度及岩土的其它物理力学性质，剪切波和压缩波的传播速度作为一种反映岩土的动力学性质的参数，在建筑物抗震设计和场地地震安全评价中是一种必须测试的参数，目前在测定地层波速方面，主要采用单孔法和跨孔法，单孔法是在钻孔中放置传感器，在地面设置振源，测定剪切波或压缩波自地面传播到传感器的时间，进而计算出地层的波速。这种方法，存在两个缺点，一是孔中传感器需要贴在孔壁上，增加了测试难度和不便，二是钻孔较深时，如深度大于80m，自地面传播到大于80m深度时，由于信号衰减难以测试到传播时间。跨孔法需要两个钻孔，且两孔均应保持垂直，在一个孔中放置振源，一个孔放置传感器，测定剪切波或压缩波从一孔传播到另一孔的时间，由于两孔距离是已知的，所以也可以计算两孔间地层的波速。但跨孔法需钻探两个孔，使钻探工作量增加了两倍。

发明内容
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种振源和传感器悬挂放入钻孔内测试波速方法简单的悬挂式波速测井仪，且本实用新型还具有不受测试深度影响、传感器不需贴在孔壁上、测试精度高、仪器轻便、不受地面环境条件影响等优点。
本实用新型的目的是这样实现的它由两个传感器6、8、电磁振源10、前置放大器11、滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、接口电路16、逻辑控制器17、电源18、振源控制器19组成。其中两个传感器6、8输出端分别通过电缆线9与前置放大器11入端1、4脚连接，电磁振源10入端通过电缆线9与振源控制器19入端1脚连接，前置放大器11出端2脚依次串接滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、按口电路16各出端1、2脚后与微机端口A连接，逻辑控制器17各出端1至6脚分别与前置放大器11、滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、接口电路16各入端3脚连接、其入端7脚与振源控制器19出端2脚连接，电源1 8出端1、2脚+V1、+V2电压端分别与各部件相应电源端并接。
本实用新型电磁振源10它包括线圈1、磁铁2、弹性振板3、外壳4，其中磁铁2、弹性振板3安装在线圈1内，弹性振板3通过固定圈螺纹结构固定在外壳4两侧板上，线圈1、磁铁2通过紧固件安装在外壳4内，线圈1通过与电缆线9与振源控制器19连接，电磁振源10与传感器6外壳之间用橡胶软管5固定连接，传感器6与传感器8之间用橡胶软管7固定连接，传感器6、8各输出连接端通过电缆线9分别与前置放大器11入端1、4脚连接。
本实用新型振源控制器19由时基电路U1、U2、稳压电路U3、光电耦合管U4、可控硅D3、D4、晶体管T1、二极管D1、D2、D5至D9、插座JP1至JP7组成，其中JP1第2脚接地端、第7脚与电阻R1一端、电容C1一端并接，电容C1另一端与电阻R2、电阻R8一端并接，电阻R8另一端分别与时基电基电路U1入端2脚、时基电路U2入端8脚并接，时基电路U1入端4脚和8脚、电阻R1和R2另一端、电阻R3一端及电容C11一端均与稳压电路U3出端3脚并接；时基电路U1、入端6、7与电阻R3另一端、电容C2一端并按接；入端5脚串接电容C6后接地端、入端3脚与电阻R11、二极管D1、D7正极并接，电容C1、C2另一端和稳压电路U3入端2脚、及插座JP4入端2脚并接地端；插座JP4入端1脚与电源18出端tV1电压端连接，电阻R11另一端光电耦合管U4串接、发光管后接地端，光电耦合管U4耦合端与插座JP2入端1、2脚连接，插座JP2入端1、2脚与逻辑控制器17入端连接，时基电路U2入端1、2一路串接电阻R6后与稳压电路U3入端3脚连接，另一路串接电容C5后接地端，时基电路U2入端12、13脚一路串接电阻R5后与稳压电路U3入端3脚连接，另一路串接电容C3后接地端，时基电路U2入端10、14脚与稳压电路U3入端3脚并接，入端9脚串接电阻R19、电容C4后与其入端6脚及电阻R13一端并接、入端11脚串接电容C7后和其入端7脚并接地端、入端3脚串接电容C8后接地端、入端4脚一路串接电阻R4后稳压电路U3入端3脚并接，另一路串接电容C9后接地端、入端5脚与二极管D2、D8正极并接；二极管D1负极串接电阻R7后与可控硅D3控制极连接，二极管D2负极串接电阻R9后与可控硅D4控制极连接，二极管D7、D8负极并接后再与电阻R10、电阻R12一端并接，电阻R12另一端接地端，电阻R10另一端与晶体管T1基极连接，晶体管T1发射极接地端、晶体管T1集电极与电阻R14一端、电容C10一端及插座JP5入端2脚、插座JP6入端1脚并接、电阻R14另一端与插座JP7入端3脚连接，电容C10另一端接地端；可控硅D3负极与二极管D5、D9正极并接再与插座JP5入端1脚并接，二极管D9负极与插座JP7入端1脚连接，二极管D5负极与可控硅D3正极及二极管D6负极、电阻R15一端并接，可控硅D4负极与二极管D6正极、二极管D10正极及插座JP6入端2脚并接，二极管D10负极与插座JP7入端2脚连接，插座JP7入端1、2、3脚与振源指示灯连接，电阻R15另一端与插座JP3入端1脚连接，插座JP3入端1脚与电源18出端+V2电压端连接、入端2脚接地端；插座JP5、JP6入端1、2脚分别与电磁振源10的正反向线圈1连接。
本实用新型相比背景技术具有如下优点1、本实用新型测试时把电磁振源10和传感器6、8同时放在钻孔中，电磁振源10和传感器6、8之间为固定距离，不受孔深影响，避免了振源放在地面而由于信号衰减影响测试深度，且不受任何地面环境条件变化如水域、硬化地面等影响测试。
2、本实用新型测试时电磁振源10、传感器6、8是悬挂放置在钻孔中测试，因而避免了传感器需贴壁面增加测试难度，使测试波速方法简单。
3、本实用新型采用了两个传感器6、8同时进行测试，只要测定两个传感器6、8间的相对时差计算波速，可消除仪器系统计时误差提高了波速测试精度。
4、本实用新型测试电路简单，均采用集成电路制作，性能可靠，仪器轻便。


图1是本实用新型原理方框图。
图2是本实用新型电磁振源10、传感器6、8安装结构示意图。
图3是本实用新型振源控制器19的电原理图。
具体实施方式
具体实施方式
参照图1、图2、图3，本实用新型由两个传感器6、8、电磁振源10、前置放大器11、滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、接口电路16、逻辑控制器17、电源18、振源控制器19组成。按图1连接线路，其中两个传感器6、8输出端分别通过电缆线9与前置放大器11入端1、4脚连接，电磁振源10入端通过电缆线9与振源控制器19入端1脚连接。电磁振源10它包括线圈1、磁铁2、弹性振板3、外壳4，其作用当在线圈1中施加瞬时电流，线圈1内产生强磁场驱动磁铁2，磁铁2给弹性振板3一个冲击力，该力通过钻孔中的水介质作用于孔壁上，从而在孔壁地层中产生压缩波和剪切波的传播。实施例中线圈1采用漆包线绕制成内经为20毫米，外经为60毫米的圆筒形线圈，线圈绕制匝数为500匝，绕制宽度为5厘米，采用正向、负向组线圈绕制，与振源控制器19连接。磁铁2采用长度为20毫米、直经为16毫米圆柱形磁铁制作，安装在线圈1内径内。弹性振板3采用具有弹性的橡胶板或塑料片制作成直径为20毫米的圆片，安装在线圈1内的磁铁2一端，并通过用加工的带螺丝的金属圈固定在外壳4两侧板上。外壳4采用钢板材料制作成长×宽×高为80×80×80毫米的密封盒结构。
本实用新型两个传感器6、8作用是接收压缩波和剪切波振动信号，且把压缩波和剪切波振动信号转换成电信号，通过电缆9传输给前置放大器11进行信号放大。实施例电缆9采用市售多芯电缆制作，只要大于7芯就可以作为2个传感器6、8和电磁振源10的信号传输线，电缆9长度为200米。
实施例传感器6、8采用市售地震勘探用动圈式检波器制作，传感器6、8用金属外壳封装，上下加工有连接孔，如图2示，电磁振源10与传感器6之间、传感器6与传感器8之间分别用橡胶软管5、7固定连接，其连接接头在钻孔内不能漏水，实施例电磁振源10与传感器6之间间距橡胶软管5长度为3米，传感器6与传感器8之间间距橡胶软管7长度为2米，橡胶软管5、7作用是使电磁振源10与传感器6、传感器8之间有一个已知固定距离，便于波速的计算，同时可以起到相互隔振作用，一般采用市售直经为30毫米的橡胶管制作。
本实用新型前置放大器11接收两个传感器6、8输入的压缩波和剪切波电信号经放大后输入滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、接口电路16构成本实用新型测试仪器，完成信号处理且通过逻辑控制器17控制完成记录振动信号，储存波形、显示波形等功能，并通过接口电路16、微机端口A与外接微机连接，直接计算出压缩波或剪切波的速度V，则压缩波或剪切波的速度V计算公式为V＝R/tA，式中R为两个传感器6、8之间的间距尺寸，单位为米(m)，t为两个传感器6、8在剪切波同相位时的时间差，单位为毫秒(ms)，A为换算成时间秒(s)的常数为1000，V单位为m/s。
实施例前置放大器1滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、按口电路16、逻辑控制器17均采用市住通用的相应集成电路器件制作。
本实用新型振源控制器19作用是产生电磁振源信号电路，它由时基电路U1、U2、稳压电路U3、光电耦合管U4、可控硅D3、D4、晶体管T1、二极管D1、D2、D5至D9、插座JP1至JP7组成。图2是本实用新型振源控制器19的实施例的电原理接线图，且按其连接线路。时基电基电路U1作用产生电磁振源10的正向激发脉冲，时基电路U2作用产生电磁振源10的反向激发脉冲，分别输入可控硅D3、D4。实施例时基电基电路U1、U2均采用市售NE555型时基集成块制作。稳压电路U3作用为+15V稳压电源，作时基电路U1、U2供电电源，实施例采用市售LM7815型集成稳压�？橹谱�。光电耦合管U4作用是产生触脉冲-输入逻辑控制器17进行逻辑控制，实施例采用市售P521型光电耦合器件制作。可控硅D3、D4作用在时基电路U1、U2输入的正反向激发脉冲控制下实现正反脉冲功率输出至电磁振源10的正反向线圈1作振源信号，实施例均采用市售CR20型单向可控硅器件制作。晶体管T1作用是控制正反向功率信号输出的功率开关，实施例采用市售GT60型晶体三极管制作。二极管D1、D2、D5至D9作线路电平控制作用，实施例均采用市售2CK型晶体二极管器件制作。插座JP1作振源激振开关插座，插座JP2作与逻辑控制器17的连接插座，插座JP3、JP4作与电源18输出电压+V1、+V2的电源连接插座，插座JP5、JP6作与振源线圈1正反向线圈的连接插座。插座JP7作激振指示灯连接插座，实施例插座JP1至JP7均采用市售通用的连接插座制作。
本实用新型电源18其输出+V1电压为+12V低电压，其作用提供相应部件的直流工作电压，其输出+V2电压为48V高电压，提供振源控制器19的激励电压，实施例采用市售通用电源�？槠骷灾贫�。
本实用新型简要工作原理如下进行波测试时，把电磁振源10、传感器6、8悬挂放置在被测钻孔中的预定深度，由振源控制器19给电磁振源10输入瞬时电流，使电磁振源10产生振动，在孔壁地层中产生压缩波和剪切波传播到传感器6、8，传感器6、8把压缩波和剪切波的振动信号转换成电信号、通过电缆线9传输给前置放大器11，本实用新型的仪器测试部件则会记录下压缩波和剪切波的振动波形，并由外接微机读取传感器6、8波形的同相位时间差，则可根据波速速度计算公式可实现钻孔中剪切波或压缩波波速的自动测试。
本实用新型安装结构如下按图2把电磁振源10、两个传惑器6、8通过橡胶软管5、7安装一个独立的探头整体结构，橡胶软管5、7与振源、传感器安装连接接头须在水下200米深度时不漏水，电缆线9的抗拉力应大于900公斤。把图1中前置放大器11、滤波器12、缓冲器13、模数转换器14、缓存器15、接口电路16、逻辑控制器17、电源18、振源控制器19所有电路原器件安装在一块长×宽为310×230毫米印制上，然后把印制板安装在长×宽×高为320×240×240毫米的机箱内，机箱前面板上安装连接电缆线9和微机端口A的电缆插座，后面板上安装电源输入插座，组装成本实用新型。
权利要求1.一种的由前置放大器(11)、滤波器(12)、缓冲器(13)、模数转换器(14)、缓存器(15)、接口电路(16)、逻辑控制器(17)、电源(18)组成的悬挂式波速测井仪，其特征在于还有两个传感器(6)、(8)、电磁振源(10)、振源控制器(19)组成，其中两个传感器(6)、(8)出端分别通过电缆线(9)与前置放大器(11)入端1、4脚连接，电磁振源(10)入端通过电缆线(9)与振源控制器(19)入端1脚连接，前置放大器(11)出端2脚依次串接滤波器(12)、缓冲器(13)、模数转换器(14)、缓存器(15)、接口电路(16)各出入端1、2脚后与微机端口A连接，逻辑控制器(17)各出端1至6脚分别与前置放大器(11)、滤波器(12)、缓冲器(13)、模数转换器(14)、缓存器(15)、接口电路(16)各入端3脚连接、其出端7脚与振源控制器(19)入端2脚连接，电源(18)出端1、2脚+V1、+V2电压端分别与各部件相应电源端并接。
2.根据权利要求1所述的悬挂式波速测井仪，其特征在于电磁振源(10)包括线圈(1)、磁铁(2)、弹性振板(3)、外壳(4)，其中磁铁(2)、弹性振板(3)安装在线圈(1)内，弹性振板(3)通过固定圈螺纹结构固定在外壳(4)两侧板上，线圈(1)、磁铁(2)通过紧固件安装在外壳(4)内，线圈(1)通过电缆线(9)与振源控制器(19)连接，电磁振源(10)与传感器(6)外壳之间用橡胶软管(5)固定连接，传感器(6)与传感器(8)之间用橡胶软管(7)固定连接，传感器(6)、(8)各输出连接端通过电缆线(9)分别与前置放大器(11)入端1、4脚连接。
3.根据权利要求1或2所述的悬挂式波速测井仪，其特征在于振源控制器(19)由时基电路(U1)、(U2)、稳压电路(U3)、光电耦合管(U4)、可控硅(D3)、(D4)、晶体管(T1)、二极管(D1)、(D2)、(D5至D9)、插座(JP1至JP7)组成，其中插座(JP1)第2脚接地端、第1脚与电阻R1一端、电容C1一端并接，电容C1另一端与电阻R2、电阻R8一端并接，电阻R8另一端分别与时基电路(U1)入端2脚、时基电路(U2)入端8脚并接，时基电路(U1)入端4脚和8脚、电阻R1和R2另一端、电阻R3一端及电容C11一端均与稳压电路(U3)出端3脚并接；时基电路(U1)入端6、7脚与电阻R3另一端、电容C2一端并接；入端5脚串接电容C6后接地端、入端3脚与电阻R11一端、二极管(D1)、(D7)正极并接，电容C11、C2另一端和稳压电路(U3)入端2脚、及插座(JP4)入端2脚并接地端；插座(JP4)入端1脚与电源(18)出端tV1电压端连接，电阻R11另一端串接光电耦合管(U4)发光管后接地端，光电耦合管(U4)耦合端与插座(JP2)入端1、2脚并接，插座(JP2)入端1、2脚与逻辑控制器(17)入端连接，时基电路(U2)入端1、2脚一路串接电阻R6后与稳压电路(U3)入端3脚连接、另一路串接电容C5后接地端，时基电路(U2)入端12、13脚一路串接电阻R5后与稳压电路(U3)入端3脚连接、另一路串接电容C3后接地端，时基电路(U2)入端10、14脚与稳压电路(U3)入端3脚并接，入端9脚串接电阻R19、电容C4后与其入端6脚及电阻R13一端并接、入端11脚串接电容C7后和其入端7脚并接地端、入端3脚串接电容C8后接地端、入端4脚一路串接电阻R4后与稳压电路(U3)入端3脚并接、另一路串接电容C9后接地端、入端5脚与二极管(D2)、(D8)正极并接；二极管(D1)负极串接电阻R7后与可控硅(D3)控制极连接，二极管(D2)负极串接电阻R9后与可控硅(D4)控制极连接，二极管(D7)、(D8)负极并接后再与电阻R10、电阻R12一端并接，电阻R12另一端接地端，电阻R10另一端与晶体管(T1)基极连接，晶体管(T1)发射极接地端、晶体管(T1)集电极与电阻R14一端、电容C10一端及插座(JP5)入端2脚、插座(JP6)入端1脚并接、电阻R14另一端与插座(JP7)入端3脚连接，电容C10另一端接地端；可控硅(D3)负极与二极管(D5)(D9)正极并接后再与插座(JP5)入端1脚并接，二极管(D9)负极与插座(JP7)入端1脚连接，二极管(D5)负极与可控硅(D3)、(D4)正极及二极管(D6)负极、电阻R15一端并接，可控硅(D4)负极与二极管(D6)正极、二极管(D10)正极及插座(JP6)入端2脚并接，二极管(D10)负极与插座(JP7)入端2脚连接，插座(JP7)入端1、2、3脚与振源指示灯连接，电阻R15另一端与插座(JP3)入端1脚连接，插座(JP3)入端1脚与电源(18)出端+V2电压端连接、入端2脚接地端；插座(JP5)、(JP6)各入端1、2脚分别与电磁振源(10)的正反向线圈(1)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种悬挂式波速测井仪，它涉及岩土工程勘察测试技术领域中测定岩土的压缩波和剪切波的波速测量装置。它由振源控制器、电磁振源、传感器、前置放大器、滤波器、缓冲器、缓存器、模数转换器、接口电路、逻辑控制器、电源等部件组成。它利用电磁振源在被测钻孔中产生振动形成的压缩波和剪切波振动信号，通过传感器把振动信号转换成电信号，输入测试电路中把振动波形信号显示、储存，自动计算出波速，达到测试目的。本实用新型还具有不受测试深度影响，不受地面环境条件影响，测试简便，测试精度高，仪器轻便等特点。特别适合岩土勘察钻孔中岩土的压缩波和剪切波的测量。
文档编号G01H5/00GK2733325SQ20042001679
公开日2005年10月12日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者杨成林, 葛宝来, 王炎, 李玉堂 申请人:廊坊开发区大地工程检测技术开发有限公司