扩孔测量仪.pdf

本发明涉及扩孔测量仪，它包括：计算机(2)、距离探测器(1)、用于带动距离探测器(1)作直线运动的机构、用于带动距离探测器(1)转动的机构；距离探测器(1)的输出端与计算机(2)连接。本发明扩孔测量仪能准确测量扩孔部分形状和体积。

1、  扩孔测量仪，其特征在于：它包括：计算机(2)、距离探测器(1)、用于带动距离探测器(1)作直线运动的机构、用于带动距离探测器(1)转动的机构；距离探测器(1)的输出端与计算机(2)连接。

2、  如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：用于带动距离探测器(1)作直线运动的机构为步进电机(3)，用于带动距离探测器(1)转动的机构为步进电机(4)。

3、  如权利要求2所述的测量仪，其特征在于：步进电机(3、4)由计算机(2)控制。

4、  如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：距离探测器(1)为超声波传感器，距离探测器(1)处还设有温度传感器(5)，温度传感器(5)的输出端经A/D转换器与计算机(2)连接。

5、  如权利要求4所述的测量仪，其特征在于：超声波传感器由超声波发送电路、超声波接受电路组成；超声波接受电路的一路信号输出端与计算机(2)连接，另一路信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机(2)连接；超声波发送电路的信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机(2)连接。

6、  如权利要求2所述的测量仪，其特征在于：它还包括筒形接杆(6)，接杆(6)的底部与距离探测器(1)连接，步进电机(3)通过带动接杆(6)带动距离探测器(1)。

7、  如权利要求6所述的测量仪，其特征在于：步进电机(4)设置在接杆(6)内；接杆(6)的底端与一固定板(7)连接，固定板(7)的中部有一由步进电机(4)带动的、可相对固定板(7)转动的空心轴(8)穿过，空心轴(8)的下端与距离探测器(1)连接，空心轴(8)在接杆(6)内的外壁上设有电极环(801)，距离探测器(1)的线路在空心轴(8)内与对应的电极环(801)连接，外部与距离探测器(1)连接的线路与外壁上的电极环(801)连接。

8、  如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：距离探测器(1)为激光距离探测器或红外线距离探测器。

9、  如权利要求1所述的测量仪，其特征在于：距离探测器(1)的外部罩有防护罩(9)。

扩孔测量仪
技术领域
本发明涉及测量设备，特别是在工程施工过程中，用于测量所打孔的扩孔部分各参数的仪器。
背景技术
在现代的工程施工工艺中，常采用在地下或岩石上打孔扩孔的方法，如扩孔桩和药壶爆破法等施工工艺。在这些工艺中，获得扩孔部分的形状和体积的参数是重要的，如在药壶爆破法中，扩孔部分的形状和体积直接影响药壶爆破的成功与否。要精确测定扩孔部分大小是有困难的，目前采用的方法为经验测定方法，它将扩孔部分看成近似的球体进行估算，以获得扩孔部分的体积参数。由于这种方法在测量和计算时，将所有的扩孔部分都看成近似的球体，因此估算误差太大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种能准确测量扩孔部分形状和体积的扩孔测量仪。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
扩孔测量仪，它包括：计算机、距离探测器、用于带动距离探测器作直线运动的机构、用于带动距离探测器转动的机构；距离探测器的输出端与计算机连接。
上述方案中，用于带动距离探测器作直线运动的机构为步进电机，用于带动距离探测器转动的机构为步进电机。
上述方案中，步进电机由计算机控制。
上述方案中，距离探测器为超声波传感器，距离探测器处还设有温度传感器，温度传感器的输出端经A/D转换器与计算机连接。
上述方案中，超声波传感器由超声波发送电路、超声波接受电路组成；超声波接受电路的一路信号输出端与计算机连接，另一路信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机连接；超声波发送电路的信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机连接。
上述方案中，它还包括筒形接杆，接杆的底部与距离探测器连接，步进电机通过带动接杆带动距离探测器。
上述方案中，步进电机设置在接杆内；接杆的底端与一固定板连接，固定板的中部有一由步进电机带动的、可相对固定板转动的空心轴穿过，空心轴的下端与距离探测器连接，空心轴在接杆内的外壁上设有电极环，距离探测器的线路在空心轴内与对应的电极环连接，外部与距离探测器连接的线路与外壁上的电极环连接。
上述方案中，距离探测器也可为激光距离探测器或红外线距离探测器。
上述方案中，距离探测器的外部罩有防护罩。
本发明扩孔测量仪的使用方法和工作原理为：1、扩孔工作结束以后，将距离探测器伸入扩孔部分的底部，然后通过用于带动距离探测器作直线运动的机构将距离探测器头提升一小段高度h₁，测量出某一个方向的半径R₁，通过用于带动距离探测器转动的机构将探头旋转一个角度θ(可以根据精度要求调整角度的大小)，再测量求出该方向的半径R₂，则得出半径R₁、R₂所围的近似面积为 S 12 = R 1 R 2 sin θ 2 . ]]>以此类推，再旋转一个θ角度，得出半径R₂、R₃所谓的近似面积S₂₃。同样可以测出S₃₄，S₄₅Λ，则对应高度为h₁的截面面积S₁＝∑S_ij。2、将探头提升至h₂(可以根据精度要求调整高度的大小)，按照步骤1的方法求出高度为h₂的截面的面积S₂，可以求出近似体积 V 12 = ( S 1 + S 2 ) 2 Δh ]]>(其中Δh＝h₂-h₁)。以此类推，最终通过计算机计算出整个扩孔部分的体积V＝V₁₂+V₂₃+V₃₄Λ。3、由于检测出R和h，从而获得扩孔部分形状，并通过计算机计算出对应的体积。
本发明扩孔测量仪的优点在于：
1、能准确测量扩孔部分形状和体积；
2、用于带动距离探测器作直线运动的机构为步进电机，用于带动距离探测器转动的机构为步进电机，可精确地对距离探测器移动的直线距离和转动的角度进行控制；
3、步进电机由计算机控制，实现自动化测量；
4、距离探测器采用超声波传感器，成本低；但由于温度对声波速度的影响较大(温度越高，声波速度越快)，因此，在距离探测器处还设有温度传感器；温度传感器是用来测量扩孔部分内空气的温度，然后将检测到的信号经过A/D转换成数字信号传送给计算机，使计算机在计算时考虑到温度的因素，以提高测量的精度；
5、用数字鉴相器来数字鉴相检测距离探测器旋转的角度，能大大改善测量扩孔部分形状和容积的精度、准确度。
附图说明
图1为本发明扩孔测量仪实施例的结构示意图
图2为接杆底部的结构示意图
图3为本发明扩孔测量仪实施例的电路原理框图
图4为本发明扩孔测量仪实施例的软件流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
如图1、2所示的本发明扩孔测量仪实施例，它包括：计算机2、距离探测器1、用于带动距离探测器1作直线运动的机构、用于带动距离探测器1转动的机构、温度传感器5、筒形接杆6。距离探测器1为超声波传感器，用于带动距离探测器1作直线运动的机构为步进电机3，用于带动距离探测器1转动的机构为步进电机4。
接杆6的底部与距离探测器1连接，步进电机3通过带动接杆6带动距离探测器1。步进电机4设置在接杆6内。接杆6的底端与一固定板7连接，固定板7地中部有一由步进电机4带动的、可相对固定板7转动的空心轴8穿过，空心轴8通过锁紧螺母15和转动板13锁紧在固定板7上，固定板7上下两面设有止推轴承12，固定板7与空心轴8之间还设有密封胶圈14。空心轴8的下端与距离探测器1连接，空心轴8的上端设有与步进电机4的输出齿轮401啮合的齿轮803。空心轴8的在接杆6内的外壁上设有电极环801，电极环801之间设有绝缘环802。距离探测器1的线路在空心轴8内与对应的电极环801连接，外部与距离探测器1连接的线路在接杆6内与空心轴8外壁上的电极环801连接。距离探测器1处还设有温度传感器5。为防止探头被孔内烟尘污染、潮湿气体腐蚀，距离探测器1和温度传感器5的外部罩有防护罩9。
如图3所示，步进电机3、4由计算机2控制；距离探测器1的输出端与计算机2连接。温度传感器5的输出端经A/D转换器与计算机2连接。超声波传感器由超声波发送电路、超声波接受电路组成；超声波接受电路的一路信号输出端与计算机2连接，另一路信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机2连接；超声波发送电路的信号输出端通过数字鉴相器、放大电路、A/D转换器与计算机2连接。
本发明实施例的计算机采用嵌入式微处理器C8051F021。图中的温度传感器是用来测量扩孔部分内空气的温度，然后将检测到的信号经过A/D转换成数字信号传送给主控芯片。由于超声波的工作频率为1M，所以晶振产生的频率需要经过分频处理后才能传送给超声波传感器使用。发送的超声波信号经过返回后被接受传递给主控芯片。发送与返回的超声波信号经过数字鉴相比较后，泵升成直流电压信号，经过A/D转换成数字信号传送给主控芯片。图中的步进电机4为超声波横向扫描旋转控制电机。步进电机3控制超声波传感器的纵向移动。检测计算的数据最终通过RS232传送到上位机显示保存数据和LCD液晶屏数据显示。
如图4所示的本发明实施例的软件流程图，控制系统初始化后，经过开关控制信号启动，开始发送超声波发送控制信号，同时计时器开始计时，检测到返回信号后，计算出距离，然后发送PWM信号控制步进电机4旋转一个微小的角度，继续检测距离，如果超声波返回信号超时，该距离检测失败，继续控制步进电机旋转，直到电机旋转一周为止。接着将检测的数据计算处理，得到截面面积。完成后，控制步进电机3的纵向移动，然后继续上面的步骤检测截面面积，直到将整个理论分割的所有截面检测完成后，经过体积的累加计算处理，将得到的最终体积传送到输出部分(上位机和LCD)。输出完成，C8051F021发出信号让步进电机归位，以便进行下一次检测。
为满足不同钻孔10直径的孔内扩孔部分11体积测量的需要，故距离探测器1和筒形联线接杆6部分的外形尺寸直径小于35mm。为减少接杆6尺寸，便于携带，采用轻质接杆，每根接杆长约1m，杆两端用螺纹连接，接杆在专用盒内存放。为便于野外作业，仪器自带电源，并配备有RS232通讯口。探测器包含两个相同的测距类型传感器，一个温度传感器。
本发明实施例能很好的测量扩孔部分形状和容积，稳定性好，精度高。
本发明扩孔测量仪中，距离探测器1也可为激光距离探测器或红外线距离探测器。用于带动距离探测器1作直线运动的机构和用于带动距离探测器1转动的机构也可采用人工提升高度和旋转角度的机构。步进电机3、4也可采用人工控制。