专利名称：滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种滑滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，属于测斜仪技术领 域。
背景技术：
测斜观测在岩土工程中广泛使用，常规滑动式测斜仪无绕线机，直接采用人力手 持电缆外敷层提拉探头，电缆外敷层受力变形后会产生相对于电缆承重芯线的滑移，导致 标识错位，影响探头定位精度，导线外敷层及其长度标识因重复受力而易发生破损。人力手 持电缆进行量测，劳动强度大，探头稳定性差，需要的稳定时间长，还不能保证两次量测的 一致性，对于深度大于50m的深孔和对变形要求更为严格的岩体工程，该方式的缺陷愈加 明显。上一代滑动式智能测斜仪(发明专利ZL 200610039483. 1)的绕线机的特征是，驱动 电机和绕线盘分别固定在机架上，由传动带传递动力，探头获取的数据通过电缆传输到绕 线盘内的数据采集发射器，控制系统通过无线方式接收数据和发出控制指令。绕线盘内需 要安装电池为探头工作供电。绕线机的结构不够紧凑，不适于野外量测携带，绕线过程不能 规则排线，探头工作需要的电池需要定期更换，无线方式传输的信号的稳定性不能完全满 足量测过程的连续性要求，量测过程信号传输一旦间断则该量测过程要重新开始。上一代 滑动式智能测斜仪的实用性能还有待改进。
发明内容
本发明提出的是一种滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，其目的是改进上一代 滑动式智能测斜仪的实用性能，克服现有仪器存在的上述缺陷，实现外业量测时单人携带 并操作，自动完成量测过程。本发明的技术解决方案其特征是包括带自锁功能的功能的正反转电机、绕线器、 齿轮离合器、电缆主控电路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路，其中带自锁功能 的正反转电机固定在绕线器的定子外壳上，绕线机控制电路用导线与定子联接，绕线器转 子绕线轮用转动轴承与定子联接，带自锁功能的正反转电机通过齿轮与绕线轮、排线器连 接，同步完成绕线和排线，在电机与绕线轮间安装了齿轮离合器，用于分离电机和绕线轮的 连接，实现手动绕线，在绕线器的内部转子与定子之间安装了非接触式旋转磁罐电感器，用 于传导探头工作过程需要的电能和获得的数据信号。本发明的优点与上一代滑动式测斜仪绕线机比较，本绕线机体积小、质量轻，加 入自动排线功能后使导线无绞绕，采用大尺寸非接触旋转磁罐电感器进行供电和信号传 输，信号传输稳定，无需为探头定期更换电池，集自动绕线、自动排线、探头工作电源提供、 探头测量数据信号输出、绕线自动和手动功能转换于一体。
附图1是滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机原理结构示意图。
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图2是绕线机控制电路图。图3是电缆主控器的结构图。图1中的1是智能程序控制单元，2是集成电感式绕线机，3是测量采集转换�？�、 孔口检测装置和探头。
具体实施例方式对照附图1，其特征是包括带自锁功能的功能的正反转电机、绕线器、齿轮离合器、 电缆主控电路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路，其中带自锁功能的正反转电 机固定在绕线器的定子外壳上，绕线机控制电路用导线与定子联接，绕线器转子绕线轮用 转动轴承与定子联接，带自锁功能的正反转电机通过齿轮与绕线轮、排线器连接，同步完成 绕线和排线，在电机与绕线轮间安装了齿轮离合器，用于分离电机和绕线轮的连接，实现手 动绕线，在绕线器的内部转子与定子之间安装了非接触式旋转磁罐电感器，用于传导探头 工作过程需要的电能和获得的数据信号。绕线器转子绕线轮镶嵌在定子外壳内部以转动轴承与定子联接，电机带动绕线 轮，断电状态下电机自锁不倒转实现自刹车，齿轮离合器能分离电机与绕线轮转换成人力 驱动，绕线轮带动排线器实现自排线。电缆主控电路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路组成信号、电能传输 和控制系统，所述的电缆主控电路安装在绕线轴的空腔内，包括整流、滤波、载波耦合电路， 电缆主控芯片U1、A/D转换芯片U2、看门狗芯片U4、分频芯片U5，其一组引出线与绕线轴上 盘绕的电缆连接，电缆的终端与测斜仪探头倾斜传感器连接；非接触式旋转磁罐电感器由 两个大小相同的内含线圈的磁罐组成，磁罐为环形柱体，外圆直径148mm，内圆直径112mm，柱体 高10mm，环壁厚18mm，环壁内开U型槽，槽宽10mm，槽深6mm，槽壁厚4mm，槽底厚4mm，两个 磁罐的U形槽口对正而不接触，能相对自由转动，一个磁罐固定在绕线器定子外壳内壁作 为定磁罐，该定磁罐内部绕有初级线圈，初级线圈与绕线机控制电路的数据处理电路的信 号接收、电能发射端相连，另一个磁罐固定在绕线器绕线轴桶外壁作为动磁罐，动磁罐内绕 有次级线圈，次级线圈与电缆主控电路的信号发射、能量接收端相连；绕线机控制电路独立 于绕线器以外，通过电线与绕线器定子上的电机和初级线圈连接，为绕线机提供电源、接收 信号和发出控制指令。电缆主控电路将探头获得的数据通过磁罐电感器传输给绕线电机控 制电路的数据存储处理部分，绕线机控制电路通过磁罐电感器向电缆主控电路和探头传感 器提供工作电源给和发出控制指令。非接触式旋转磁罐电感器同时传递探头倾斜传感器测 量数据信号和其工作所需要的电能。所述的测斜仪探头倾斜传感器(现有技术)的作用在于，测量探头上下导轮间距 范围内测斜管的中轴线与地面铅垂线夹角。对照附图2，绕线机控制电路的结构包括电机控制电路1”，时钟电路2”，数据存储 器3”，接收数据处理器4”，绕线机控制电路的主控芯片5”，其中电机控制电路1”是采用 TL494做主控芯片，该芯片具有PWM控制功能，在工作中主要起控制绕线电机的启动、加速、 减速、定位停止等功能；时钟电路2”是通过时钟芯片M41T0控制时间日期，在测斜工作当 中，可以很好地让工作者知道当前时间，接收数据处理器4”由带通滤波、精密检波、斯密特 触发等电路构成，通过该电路把载波消除掉，留下有用的数据波，之后把数据送给绕线机控
4制电路的主控芯片5”处理并存储；数据存储器3”是由芯片(24c256)等组成，该芯片是一 种掉电记忆芯片，将工作中接收的数据存储下来，工作完成后可以把数据从中导出。启动电源后，电机启动并带动绕线机转动，带自锁功能的正反转电机通过齿轮离 合器与绕线轮、排线器联接，同步完成绕线和排线。当无伸长电缆的长度标识锡箔环经过电 缆导向探头定位装置下部的接近开关传感器时，接近开关传感器向绕线机控制电路发出控 制信号，绕线机控制电路的电机主控芯片控制电机开始减速。当无伸长电缆的锡箔环提升 至电缆导向探头定位测装置上部的接近开关传感器时，接近开关传感器向绕线机控制电路 发出停机的信号，然后电机主控芯片控制电机停机。绕线机控制电路开始记录探头的深度 并采集、储存测斜仪探头的测量数据，待数据采集完成后，绕线机控制电路再次启动带自锁 功能的正反转电机，电机带动绕线机提升探头，每当电缆导向探头定位装置检测到无伸长 电缆的锡箔环，绕线机控制电路便控制电机减速、停机并记录探头深度和采集、储存探头测 量数据。当探头提升至测斜管孔口时，电缆导向探头定位装置检测到停机锡箔环(该锡箔 环的高度为5cm)，主板控制电路控制电机停机，滑动式智能测斜仪集成绕线机便完成了一 次测量过程。本绕线机是上一代滑动式智能测斜仪绕线机的改进型仪器，极大程度地提高了便 携性和实用性，且解决了上一代仪器存在的问题。本仪器已开发成型，工程应用效果良好。所述的探头定位装置由装置本体和滑动式智能测斜仪的集成电感式绕线机控制 电路的电机控制电路组成，其中电机控制电路独立于装置本体外，装置本体和电机控制电 路间通过导线连接，装置本体结构为一各含竖向U形槽口的尼龙圆柱体，圆柱体高30cm，上 半部15cm的外直径为7cm，下半部15cm的外直径为6cm，装置本体顶部镶嵌电缆导向定滑 轮，装置本体侧壁内嵌两个用于竖向排列的NPN接近开关传感器，装置本体底端嵌入两个 点触开关，装置本体外侧壁上设有5芯电缆接口，装置本体下半部嵌入测斜导管口。电缆主控器的结构包括整流、滤波、载波耦合电路，电缆主控芯片Ul、A/D转换芯 片U2、看门狗芯片U4、分频芯片U5，探头倾斜传感器，其中非接触式旋转磁罐电感器的信 号输出/输入端与整流、滤波、载波耦合电路的第一信号输入/输出端对应相接，整流、滤 波、载波耦合电路的第二信号输入/输出端与电缆主控芯片的第一信号输出/输入端对应 相接，电缆主控芯片的第二信号输出/输入端与分频芯片的信号输入/输出端对应相接， 电缆主控芯片的第三信号输出/输入端与A/D转换芯片的信号输入/输出端对应相接，分 频芯片的第一信号输出端与整流、滤波、载波耦合电路的信号输入端对应相接，分频芯片的 第二信号输出端与A/D转换芯片的第一信号输入端对应相接，A/D转换芯片的第二信号输 入端与探头倾斜传感器的信号输出端对应相接，看门狗芯片的信号输出端与电缆主控芯片 的信号输入端相接。电缆主控器工作时，非接触式旋转磁罐电感器次线圈传递来的交流 电经过整流电路输出成正负5V的直流电，该直流电作为电缆主控器2和探头倾斜传感器 的工作电源。分频芯片(CD4060)输出三个不同频率的电平电压，分别作为电缆主控芯片 (AT89C2051)、A/D转换芯片(TCL7135)的时钟信号和载波电信号。看门狗芯片(X5045)的 作用是防止程序发生死循环，即程序跑飞。A/D转换芯片(TCL7135)把探头倾斜传感器22 的模拟数据信号转变成数字量信号并将该信号传递给电缆主控芯片(AT89C2051)，电缆主 控芯片(AT89C2051)将该数字量信号处理后由电缆主控芯片(AT89C2051)芯片上TXD引脚
5输出到载波耦合电路。耦合电路再将处理后的数字信号和一定频率的电波耦合后通过非接 触式旋转磁罐电感器将此耦合信号传导给绕线机控制器的数据处理电路。
权利要求
滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，其特征是包括带自锁功能的功能的正反转电机、绕线器、齿轮离合器、电缆主控电路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路，其中带自锁功能的正反转电机固定在绕线器的定子外壳上，绕线机控制电路用导线与定子联接，绕线器转子绕线轮用转动轴承与定子联接，带自锁功能的正反转电机通过齿轮与绕线轮、排线器连接，同步完成绕线和排线，在电机与绕线轮间安装了齿轮离合器，用于分离电机和绕线轮的连接，实现手动绕线，在绕线器的内部转子与定子之间安装了非接触式旋转磁罐电感器，用于传导探头工作过程需要的电能和获得的数据信号。
2.根据权利要求1所述的滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，其特征是绕线器转子 绕线轮镶嵌在定子外壳内部以转动轴承与定子联接，电机带动绕线轮，断电状态下电机自 锁不倒转实现自刹车，齿轮离合器能分离电机与绕线轮转换成人力驱动，绕线轮带动排线 器实现自排线。
3.根据权利要求1所述的滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，其特征是电缆主控电 路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路组成信号、电能传输和控制系统，所述的电 缆主控电路安装在绕线轴的空腔内，包括整流、滤波、载波耦合电路，电缆主控芯片(Ul)、A/ D转换芯片(U2)、看门狗芯片(U4)、分频芯片⑴5)，其一组引出线与绕线轴上盘绕的电缆连 接，电缆的终端与测斜仪探头倾斜传感器连接；非接触式旋转磁罐电感器由两个大小相同 的内含线圈的磁罐组成，磁罐为环形柱体，外圆直径148mm，内圆直径112mm，柱体高10mm， 环壁厚18mm，环壁内开U型槽，槽宽10mm，槽深6mm，槽壁厚4mm，槽底厚4mm，两个磁罐的U 形槽口对正而不接触，能相对自由转动，一个磁罐固定在绕线器定子外壳内壁作为定磁罐， 该定磁罐内部绕有初级线圈，初级线圈与绕线机控制电路的数据处理电路的信号接收、电 能发射端相连，另一个磁罐固定在绕线器绕线轴桶外壁作为动磁罐，动磁罐内绕有次级线 圈，次级线圈与电缆主控电路的信号发射、能量接收端相连；绕线机控制电路独立于绕线器 以外，通过电线与绕线器定子上的电机和初级线圈连接，为绕线机提供电源、接收信号和发 出控制指令。电缆主控电路将探头获得的数据通过磁罐电感器传输给绕线电机控制电路的 数据存储处理部分，绕线机控制电路通过磁罐电感器向电缆主控电路和探头传感器提供工 作电源给和发出控制指令。
全文摘要
本发明是滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，滑动式智能测斜仪集成电感式绕线机，其特征是包括带自锁功能的功能的正反转电机、绕线器、齿轮离合器、电缆主控电路、非接触式旋转磁罐电感器和绕线机控制电路，其中带自锁功能的正反转电机固定在绕线器的定子外壳上，绕线机控制电路用导线与定子联接，绕线器转子绕线轮用转动轴承与定子联接，电机通过齿轮与绕线轮、排线器连接，同步完成绕线和排线，在电机与绕线轮间安装了齿轮离合器，用于分离电机和绕线轮的连接，实现手动绕线，在绕线器的内部转子与定子间安装了非接触式旋转磁罐电感器，用于传导探头工作过程需要的电能和获得的数据信号。优点功能全，体积�。柿壳幔藕藕偷缒艽湮榷�。
文档编号G01C9/00GK101936727SQ201010217199
公开日2011年1月5日 申请日期2010年7月5日 优先权日2010年7月5日
发明者文斌, 李临生, 李国维, 王虎子, 龚建林 申请人:河海大学
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