[发明专利]一种基于FPGA的超声成孔检测方法

摘要

本发明涉及一种基于FPGA的超声成孔检测方法，通过在在绞车机构上安装单片机控制模块和FPGA信号处理模块，控制绞车将超声波探头沿充满泥浆的钻孔中心以一定速率下放，在探头下放过程中，每隔一定深度间距测量一组(四个)声时值作为该深度的测点声时。这样，从孔口到孔底通过记录超声波反射时间和反射强度，可计算出钻孔在不同深度处的孔径值并可反映出孔壁状况，上位机记录下不同深度的测点声时值并计算该深度孔径。当测量探头完成一次下降过程，上位机即可绘出测量孔的孔壁剖面图。当绞车机构在提升探头的过程中保持吊点不变且钢丝绳垂直，那么通过所测孔的孔壁剖面图可以得到成孔的垂直度参数。

主权项

1.一种基于FPGA的超声成孔检测方法，其特征在于步骤如下：/n步骤1：在绞车机构上安装单片机控制模块和FPGA信号处理模块，单片机控制模块与上位机、绞车机构连接，FPGA信号处理模块与上位机、超声波探头连接；/n步骤2：上位机给单片机控制模块发送控制绞车机构信号，给FPGA信号处理模块发送采集信号，FPGA信号处理模块给超声波探头发送超声波信号；/n步骤3：绞车机构将超声波探头沿钻孔中心以一定速率下放，在超声波探头下放过程中，每隔一定深度间距测量一组4个超声回波信号；/n步骤4：超声回波信号通过FPGA信号处理模块进行滤波后传送给上位机；/n步骤5：上位机将超声回波信号绘制成颜色图，然后进行首波检测，绘制成孔壁图得到超声波探头四个方向至孔壁的水平距离l_1i、l_2i、l_3i、l_4i；/n步骤6：根据l_1i、l_2i、l_3i、l_4i计算桩孔的平均直径D：/n当l_1i≥l_2i,l_3i≥l_4i时：/n /n式中，R_1i、R_2i为成孔半径；/n当l_2i≥l_1i,l_3i≥l_4i时：/n /n当l_2i≥l_1i,l_4i≥l_3i时：/n /n当l_1i≥l_2i,l_4i≥l_3i时：/n /n计算桩孔的平均直径/n步骤7：根据l₁、l₂、l₃、l₄计算桩孔的垂直度K：/n设第1个测点时声波探头中心相对于桩孔中心点的偏离坐标为X₁、Y₁，第n个测点时声波探头中心相对于成孔中心点的偏离坐标为X_n、Y_n，那么：/nX₁＝l₁₁—(l₁₁+l₂₁)/2/nY₁＝l₃₁—(l₃₁+l₄₁)/2/nX_n＝l_1n—(l_1n+l_2n)/2/nY_n＝l_3n—(l_3n+l_4n)/2/n式中，l₁₁、l₂₁、l₃₁、l₄₁为第1个测点时，探头中心沿水平方向至孔壁的4个方向的距离，l_1n、l_2n、l_3n、l_4n为第n个测点时，探头中心沿水平方向至孔壁的4个方向的距离；/n设桩孔的第n个测点时的偏心距为E_n，有：/n那么桩孔在第n个测点时的垂直度K_n为：/n式中，H_n为第n个测点的孔深值。/n