[发明专利]一种基于ARM的孔间弹性波采集装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种基于ARM的孔间弹性波采集装置与控制方法，包括信号接收探头、信号调理模块和处理器，处理器分为主控单元处理器和采集单元处理器，两者通过串口连接，主控单元处理器连接人机交互模块，采集单元处理器连接信号调理模块，信号调理模块连接信号接收探头。通过采用主处理器负责人机交互控制任务，协处理器单独负责数据采集任务，二者通过两路串口完成参数设置与数据传输通信的硬件架构，充分利用了数据采集装置对数据采集实时性要求高而对后续数据处理实时性要求低的特点，从而降低了对单个专用处理器性能要求，又能保障数据采集的实时性。

技术领域

本发明属于工程勘探、检测领域，更具体地，涉及地质层析成像技术中用到的孔间弹性波采集装置及采集功能模块实现方法。

背景技术

工程勘探中的层析成像施工示意图如图1，其工作过程为：震源放炮通过发射探头11发射弹性波，弹性波开始从发射孔穿透地层介质向接收孔传播，同时产生一个同步信号，该同步信号会通过同步信号电缆13传递给弹性波采集装置14，弹性波采集装置14一旦接收到同步信号，则立即对接收探头12的信号进行采集，以发现地下的岩性异常体。弹性波采集装置一般具有：同步信号触发、数据实时采集、采集数据滤波、数据波形界面显示功能。因此，弹性波采集装置实时，准确的进行信号采集是层析成像施工的关键步骤。

作为弹性波采集装置，一套合理的硬件构架和配套的数据采集方法，是满足其功能要求和数据采集实时性的关键。目前市场上已经有一些厂商推出了弹性波采集装置进行销售，一般采用的是工控机结合信号采集外围电路实现。这种单一处理器的硬件架构由处理器内部程序即可完成整个弹性波数据采集工作，但通常工控机的单台价格比较昂贵，体积大，重量重。另外，由单个处理器完成人机交互控制功能和同步信号触发实时数据采集功能的硬件实现方式，对于处理能力弱的处理器，其弹性波采集的实时性难以得到保证，而采用处理能力强的处理器不仅会提高产品成本，同时在面对弹性波数据后续处理显示这类实时性要求低的任务时，又存在性能过剩的情况。此外，伴随震源放炮产生的同步信号通常带有较强的高频噪声，采用同步信号和弹性波采集信号接同一处理器的设计模式，需要为同步信号设计复杂的信号调理电路以降低对弹性波采集信号产生的噪声干扰。为此，有必要开发一种低成本，系统设计简单，同时满足数据实时采集和数据后续处理的任务需求，可靠性高的孔间弹性波采集装置。

申请人在现有技术中找到3份较相近的专利文献[1] CN102296645A. 一种桩基质量检测方法及其装置. 朱德兵. 2011.06.02；[2] CN108797662A. 立柱下桩基长度无损检测方法及装置. 中南大学. 2018.07.24；[3] CN104020488A. 无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法. 成都畅达通检测技术股份有限公司. 2014.06.13。三者采集系统的结构原理：专利[1]采用的是微型速度或加速度传感器形成的10厘米左右间隔检波器串，检波器串的输出信号通过信号电缆与多道同步弹性波采集仪器连接，通过信号电缆记录弹性波响应信号，重复锤击形成信号叠加；将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，形成桩顶面激发和接收的反射信号，获取桩基下部缺陷位置和性质。专利[2]采用的是通过弹性波采集仪器采集到有i道地震波记录的原始采集记录；从获得的原始采集记录中，提取来自桩基底部的桩底横波反射信号；从所述桩底横波反射信号拾取来自桩底的横波反射波到达时间，并根据立柱横波波速进行桩长、桩身速度等参数解算，从而获取掩埋在立柱之下的桩基长度。专利[3]采用的是一种无线分布式弹性波反射体探测装置、系统和方法，其装置包括控制终端、无线数据存储装置、振动信号接收装置、无线数据采集装置和振动激发装置，采用无线立体空间分布式弹性波采集仪器、无线数据存储仪器和人力小能量锤击方式，可以快捷、方便、安全的采集到大量的弹性波信号。

发明内容

在本发明的所要解决的技术问题：降低弹性波采集装置的硬件成本，简化系统设计，保证弹性波采集装置的可靠性，使弹性波采集装置能够完成弹性波数据实时采集与数据处理显示功能。