[发明专利]超声波多次脉冲回波测微系统及其测量方法

说明书

本发明涉及一种电子测量仪表，尤其涉及一种用于土木建筑工程中的超声波多次脉冲回波测微系统及其测量方法。

目前，在建筑领域高层建筑深基坑开挖的情况下，必须测定钢筋的应力，传统的测试方法是基于弦振动原理的振弦式钢筋应力计和由电阻应变片制成的应变片式应力计；这二种仪器的缺点是：振弦式钢筋应力计的测微精度极低，其测量分辨率约为50μm左右，且无法直接标定钢筋的微应变值，测定值需二次折合，才能获得应变值；此外，振弦式应力计的测量误差随温度的变化较大；应变片式应力计的测量分辨率略高于振弦式钢筋应力计，然而寿命短是应变片式应力计的致命的缺点；因而在大多数场合，采用振弦式钢筋应力计或应变片式应力计所测得的值不能正确地指导工程施工，精度低，误差大。

当今，信息化施工已成为土木建筑工程的主流，在施工过程中需要准确地获取工程施工情况的第一手资料，以便工程技术人员准确地指导施工；因而对直接反映施工情况的监测手段提出了更高的要求；遗憾的是基于弦振动原理的振弦式应力、位移、应变仪器由于其自身的缺陷无法提供准确的测量数据，由于测量精度的原因误导施工的现象屡见不鲜；根据我国目前测量仪器制造业的现状，尚无基于现代测量原理测定应力、位移、应变等工程测量仪器提供。

本发明的目的就是为了改变我国工程施工测量仪器的落后局面，针对振弦式钢筋应力计的缺陷，而提供的一种完全拚弃了弦振动原理、利用超声波原理精确测定应力、位移、应变等物理量的现代测量仪器；为准确指导工程施工提供一种完全排除了周围环境干扰、温度漂移因素，具有测量精度达到微米量级的变化位移、智能化程度高等特征的超声波多次脉冲回波测微系统及其测量方法。

实现本发明目的的技术方案是：超声波多次脉冲回波测微系统，由设在被测物上的至少一个超声波探测器(1)和与之配套的电子测量电路子系统(2)以及充电及供电电路(3)构成；其特点是：

所述的电子测量电路子系统由单片机CPU、高阻放大器(9)、高速电压比较器(10)、单脉冲变换器(11)、多次回波控制电路(12)、信号驱动及功率放大电路(13)、时标脉冲计数器(14)、单片机CPU及外围电路(15)、输入输出扩展电路(16)、非易失性静态存储器(17)、薄膜触摸键盘(18)、RS-232接口电路(19)、液晶显示屏(20)、温度测量电路(21)、温度控制电路(22)以及汇编程序软件子系统(28)组成；其中：

所述的高阻放大器(9)的输入端与超声波探测器(1)超声波接收器的引出电极连接，高阻放大器(9)的输出端与高速电压比较器(10)的输入端连接，并且高速电压比较器(10)同时与多次回波控制电路(12)和时标脉冲计数器(14)顺序连接；所述单片机CPU发出的清零信号分别与单脉冲变换器(11)、时标脉冲计数器(14)和多次回波控制电路(12)连接；单片机还与RS-232接口电路(19)双向连接，并通过数据线与输入输出扩展电路(16)和非易失性静态存储器(17)双向连接，还与薄膜触摸键盘(18)单向连接；所述单脉冲变换器(11)起始受单片机的清零信号清零后，接收高速电压比较器(10)的输出信号并经变换后与信号驱动及功率放大电路(13)连接，经信号驱动及功率放大电路(13)放大后的信号与超声波探测器(1)的超声波发射器探头连接；所述的时标脉冲计数器(14)和液晶显示屏(20)分别通过输入输出扩展电路(16)与单片机的数据线连接；

所述的汇编程序软件子系统(28)固化在电子测量电路子系统的单片机内，用以对测量值进行计算、对测量误差进行软件修正，对所述电子测量电路子系统的有关电路进行控制；

所述的充电及供电电路(3)由抗雷击电路(23)、整流滤波电路(24)、限流稳压充电电路(25)，电源变换器(26)和两组蓄电池(27)组成；提供电子测量电路子系统(2)的工作电源。

上述超声波多次脉冲回波测微系统，其中：所述的超声波探测器的发射器和接收器分别与被测物固定连接。

上述超声波多次脉冲回波测微系统，其中：所述的超声波探测器的发射器和接收器分别通过各自的连接端与被测物固定连接。

上述超声波多次脉冲回波测微系统，其中：采用非易失性静态存储器HK1235存储测量数据。