專利名稱：遙測遙讀表面型核子水分密度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的遙測遙讀表面型核子水分密度儀屬于工程施工質(zhì)量檢測儀。
背景技術(shù)：
表面型核子水分密度儀是用于公路、鐵路、水利工程等工程上碾壓施工的水分、密度測量的測試儀器。該儀器分別采用γ射線和中子射線及相應(yīng)的探測器來實現(xiàn)對介質(zhì)密度和水分的測量，即它是利用γ射線與物質(zhì)作用時的透射和散射過程中被吸收的原理來測量密度；利用快中子與氫原子作用被慢化的原理進行含水量測量。該儀器具有快速、無損測量功能，檢測人員可以即時直讀被測材料的濕密度、干密度、含水量、含水率、壓實度等多項土力學(xué)參數(shù)，對于保證工程施工質(zhì)量、指導(dǎo)工程施工有非常重要的作用，特別在工程的試驗段進行壓實試驗時，能盡快提供檢測數(shù)據(jù)，供工程技術(shù)人員研究查閱。
現(xiàn)有的進口或國產(chǎn)表面型核子水分密度儀為機械電子一體化儀器，對普通儀器而言無疑是合適的，但對核子儀器卻在使用中帶來了重要缺陷，如儀器的操作面板和液晶顯示屏均安裝在儀器殼體上，而測量用的兩個放射源卻都安裝在儀器殼體內(nèi)和儀器源桿上。因此在使用時，儀器操作人員必須下蹲在儀器近旁，并用手指直接觸摸鍵盤進行測量參數(shù)設(shè)置、調(diào)看和測量結(jié)果讀數(shù)。由于人與儀器的直接接觸，使得操作者受到本不應(yīng)受到的放射線的過多水平的照射。有時環(huán)境背景光線太強如太陽下或光線太弱如夜間、晚上，液晶屏往往不易看清，因此常會出現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄發(fā)生錯誤的現(xiàn)象。對于大型工程的試驗段的施工檢測，許多設(shè)計、研究、施工人員常需要在工程施工現(xiàn)場即時了解試驗數(shù)據(jù)的測試結(jié)果和討論研究施工方案，有時候有多人圍看儀器情況，這對于操作儀器、閱讀數(shù)據(jù)及施工都有不便，同時又會使儀器周圍人員受到不必要的放射線輻照。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要操作人員下蹲在儀器近旁，只需要用手指直接觸摸鍵盤來進行遠(yuǎn)距離測量參數(shù)設(shè)置、調(diào)看和測量結(jié)果讀數(shù)，使用方便，檢測水平高，可大大減少放射源對工作人員的照射劑量，確保輻射安全的遙測遙讀表面型核子水分密度儀。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的遙測遙讀表面型核子水分密度儀，包括γ一源定位桿，把手，源桿，機殼，其特點是，γ射線源安裝于源桿底端部，置于機殼內(nèi)的鉛屏蔽體中，中子射線源固定于機殼底部的中間位置，γ射線探測器、中子射線探測器均置于機殼底部對應(yīng)的對稱位置上，裝有顯示屏和操作鍵盤的面板置于機殼面板上，遙測遙控掌上控制器通過接口與水分密度儀的鍵盤相連，電腦及打印機也通過接口與水分密度儀鍵盤相連，掌上控制器內(nèi)裝有線控制電路或無線控制電路。其中有線控制電路的組成是中央處理器通過鍵盤輸入口連于水分密度儀鍵盤，兩塊相連的電平轉(zhuǎn)換芯片分別聯(lián)于中央處理器，液晶顯示器通過電阻連于中央處理器、電源通過電源管理芯片分別連于中央處理器，兩塊電平轉(zhuǎn)換芯片和液晶顯示器，中央處理器還分別連于兩個相互串聯(lián)的邏輯與非門的輸入輸出端。無線控制電路包括控制電路和遙控通訊電路，控制電路的組成是中央處理器連于液晶顯示器，電源通過電源管理芯片分別連于中央處理器和液晶顯示器，中央處理器還通過鍵盤輸入接口與水分密度儀鍵盤相連，遙控通訊電路由一片無線收發(fā)芯片通過接口與控制電路相連。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下功能和優(yōu)點1、利用掌上控制器，通過有線或無線方式對儀器進行遠(yuǎn)距離遙控、遙測和遙讀；2、利用電腦，通過有線方式對儀器進行遠(yuǎn)距離遙控、遙測和遙讀，并進行相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)的管理；因此，使用本儀器，可供多人在遠(yuǎn)處同時監(jiān)控和查看儀器實時測量情況，不再需要工作人員下蹲在儀器近旁查看實時監(jiān)測情況，所以本儀器為提高儀器測量水平和確保工程質(zhì)量提供了一種可靠的監(jiān)控手段，同時還大大減少了放射源對工作人員的輻射，確保了人身安全。


圖1、遙測遙讀表面型核子水分密度儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2、有線控制電路原理圖。
圖3、無線控制電路和中央控制電路原理圖。
圖4、無線控制電路的遙控通訊電路原理圖。
圖5圖6、計算機程序流程圖。
圖1中的標(biāo)號名稱1、γ一源定位桿，2、把手，3、源桿，4、機殼，5、γ射線源，6、中子射線源，7、γ射線探測器，8、中了射線探測器，9、面板。
圖2中符號名稱U1A-U2A邏輯與非門，U2與U5、電平轉(zhuǎn)換芯片，U3、電源管理芯片，U4中央處理器，U6、插座，U7、電池電源輸入端，J1、薄膜鍵盤輸入口，J2、插座，LCD1、液晶顯示器。
圖3中符號名稱U1A與U1C、邏輯與非門，U3、電源管理芯片，U4中央處理器，U7、電池電源輸入端，J1薄膜鍵盤輸入口，LCD1、液晶顯示器。
圖4中符號名稱U1、無線收發(fā)一體芯片，J1、中央控制電路接口。
具體實施方式
根據(jù)上述附圖敘述本實用新型的具體實施方式
，由圖1可知，本實用新型的組成包括γ一源定位桿1及源桿3均固定在機殼4上，把手2安裝在γ一源定位桿1與源桿3上，以上四者的安裝位置與現(xiàn)有技術(shù)一樣，其特點是γ射線源5置于源桿3底端部，測量時，利用把手2使源桿3沿著γ一源定位桿1的上下運動來調(diào)節(jié)γ射線源5的測量高度，不測量時，將γ射線源置于機殼4內(nèi)的鎢鋼屏蔽體中；中子射線源6固定于機殼4中部，置于機殼4底部對應(yīng)對稱位置上的γ射線探測器7和中子射線探測器8可分別采用蓋革—米勒(G-M)管和氦(He-3)管，顯示屏、操作鍵盤均置于機殼4上的面板9上，遙測遙控掌上控制器，電腦，打印機均通過接口與儀器的鍵盤相連，掌上控制器內(nèi)裝有有線控制電路或無線控制電路，其電路原理圖如圖2-圖4所示。其中圖2是有線控制電路原理圖，電路的組成由兩個電平轉(zhuǎn)換芯片U2與U5和液晶顯示器LCD1分別聯(lián)于中央處理器U4，中央處理器U4通過薄膜鍵盤輸入口J1與水分密度儀鍵盤相連，電池電源U7通過電源管理芯片U3分別連于中央處理器U4、連于電平轉(zhuǎn)換芯片U2與U5、連于液晶顯示器LCD1，還有兩個相互串聯(lián)的邏輯與非門U1B、U1C的輸入出端分別連于中央處理器U4。
中央處理器可采用At89C52，電平轉(zhuǎn)換芯片可采用MAX232芯片，邏輯與非門可采用CD401。
工作過程用戶在按開機鍵后，直接將電源管理芯片(MAX667)的SHDN引腳接地，電源管理芯片(MAX667)正常工作輸出5V電源，單片機上電復(fù)位，進入正常程序，在程序的開端安排中央處理器(89C52)的16腳輸入高電平，經(jīng)過邏輯與非門(CD4011)反相后同樣將MAX667的SHDN腳置低，這樣用戶不在按開機鍵時，SHDN腳依舊被鎖定為低電平，儀器電源開啟成功。
開機后遙控器與儀器進行握手，檢測到儀器在線則進入正常工作狀態(tài)，儀器在六秒內(nèi)仍未給出握手信號則認(rèn)為是誤啟動，關(guān)機以節(jié)省電源。
遙控器進入正常工作狀態(tài)后，此時液晶顯示“Welcome to use this gauge！”的歡迎界面，等待用戶的按鍵輸入，并處于休眠狀態(tài)，在于節(jié)省電源。
遙控器的功能按鍵采用2*5的掃描矩陣，由單片機的B口控制，其中5列輸出的是低電平，2行接10KΩ電阻上拉，沒有按鍵動作時2行經(jīng)邏輯與非門(CD4011)的兩次反相輸出高電平，不會引發(fā)中斷；按鍵時，由于線與的作用其2行中必有低電平，經(jīng)過CD4011的緩沖，輸出低電平至單片機的外部中斷1，單片機從休眠狀態(tài)中退出，執(zhí)行鍵盤掃描程序。在相關(guān)程序執(zhí)行完后，再次進入休眠狀態(tài)。
單片機與液晶模塊通訊采用4位數(shù)據(jù)線，再配合3位控制線達(dá)到對液晶的讀寫操作。
遙控器的串行輸出信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片(MAX232)電平轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)化為+12V/-12V的RS232電平，與儀器通訊。
用戶關(guān)閉遙控器時按關(guān)機鍵，程序?qū)⑻崾臼欠翊_定關(guān)機？取消按NO鍵，確定按YES鍵，單片機的16腳置低，經(jīng)過邏輯與非門(CD4011)將電源管理芯片(MAX667)的SHDN腳置高有效，從而關(guān)閉整個遙控器電源。
另外電源管理芯片(MAX667)的3腳通過分壓電阻對電源電壓進行監(jiān)控，當(dāng)電源低于一定值時由LBO引腳輸出通知單片機欠壓。
圖3與圖4是無線控制電路原理圖，其中圖3是無線控制電路中的中央控制電路部分，由中央處理器U4連于液晶顯示器LCD1，電池電源U7通過電源管理芯片U3分別連于中央處理器U4和液晶顯示器LCD1，中央處理器U4還通過薄膜鍵盤輸入接口J1與水分密度儀鍵盤相連。其元器件均可采用與圖1相同的元器件。圖4是無線控制電路中的遙控通訊電路部分，采用一片無線收發(fā)芯片，此芯片通過接口J1與圖3的中央控制電路相連。無線收發(fā)芯片可采用nRF401單片。采用藍(lán)牙核心技術(shù)設(shè)計，在一個20腳的芯片中包括了高頻發(fā)射、高頻接收，PLL合成，F(xiàn)SK調(diào)制、FSK解調(diào)，多頻道切換，是目前集成度最高的無線數(shù)傳產(chǎn)品。nRF401采用抗干擾能力強的FSK調(diào)制方法，工作頻率穩(wěn)定可靠，外圍元件少，便于設(shè)計生產(chǎn)，功耗低，適合于便攜及手持產(chǎn)品的設(shè)計，由于采用了低發(fā)射功率，高接靈敏度的設(shè)計，滿足無線管制要求，無需使用許可證，是目前低功率無線數(shù)傳的理想選擇。
本無線收發(fā)芯片的天線做成25*15mm2的方框印刷線在線路板上，無需另接天線。在核子水分密度儀內(nèi)部也同樣設(shè)置一個nRF401無線數(shù)傳模塊，由此實現(xiàn)了無線的相互通訊。
工作過程無線遙控軟件和硬件大體上與有線一致，不同點在于遙控部分。在與儀器通訊時首先將CS和POW-UP置高，使無線通訊部分進入正常工作狀態(tài)。需要發(fā)射數(shù)據(jù)時再將TXEN置高，使其處于無線發(fā)射狀態(tài)。接受數(shù)據(jù)時將TXEN清零，從而允許接受無線數(shù)據(jù)。不作通訊時應(yīng)將CS和POW-UP置低，使無線通訊部分也處于修眠狀態(tài)，節(jié)省功耗。
本實用新型還可采用電腦或筆記本電腦通過有線連接方式與儀器相連結(jié)，并設(shè)置固定軟件，通過電腦實現(xiàn)對儀器進行遠(yuǎn)距離遙控，遙測和遙讀，并進行相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)的管理。圖5與圖6是本發(fā)明計算機軟件程序流程框圖。
權(quán)利要求1.一種遙測遙讀表面型核子水分密度儀包括其上裝有把手(2)的γ一源定位桿(1)及源桿(3)均固定于機殼(4)上，其特征在于γ射線源(5)置源桿(3)底端部，中子射線源(6)固定于機殼(4)底部的中間位置，γ射線探測器(7)、中子射線探測器(8)均置于機殼(4)底部，裝有顯示屏和操作鍵盤的面板(9)置于機殼(4)面板上，遙測遙控掌上控制器通過接口與水分密度儀的鍵盤相連，電腦及打印機通過接口與水分密度儀鍵盤相連。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測遙讀表面型核子水分密度儀，其特征在于，遙測遙控掌上控制器內(nèi)的有線控制電路的組成是中央處理器通過鍵盤輸入口連于水分密度儀，兩塊相連的電平轉(zhuǎn)換芯片分別連于中央處理器，液晶顯示器連于中央處理器，電源通過電源管理芯片分別連于中央處理器，電平轉(zhuǎn)換芯片，液晶顯示器，還有兩個相互串聯(lián)的邏輯與非門的輸入輸出端分別與中央處理器相連。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的遙測遙讀表面型核子水分密度儀，其特征在于遙測遙控掌上控制器內(nèi)的無線控制電路，包括中央控制電路和遙控通訊電路，其中中央控制電路由中央處理器連于液晶顯示器，電源通過電源管理芯片分別連于中央處理器和液晶顯示器，中央處理器通過鍵盤輸入接口與水分密度儀相連；遙控通訊電路由一片無線收發(fā)芯片通過接口連于中央控制電路。
專利摘要一種涉及表面型核子水分密度儀包括其上裝有把手(2)的γ－源定位桿(1)及源桿(3)均固定于機殼(4)上，其特點是，γ射線源(5)置于源桿(3)底端部，中子射線源(6)固定于機殼(4)底部，γ射線探測器(7)和中子射線探測器(8)均置于機殼(4)底部，裝有顯示屏和操作鍵盤的面板(9)置于機殼(4)面板上，其內(nèi)裝有有線控制電路或無線控制電路的遙測掌上控制器通過接口與水分密度儀的鍵盤相連，電腦及打印機通過接口連于水分密度儀鍵盤相連。本水分密度儀，可進行遠(yuǎn)距離遙控、遙測、遙讀，并進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理；可供多人在遠(yuǎn)處同時監(jiān)控和查清儀器實時測量情況，提高了測量水平；還可以大大減少放射源對工作人員的輻射，確保了人身安全。
文檔編號G01N23/22GK2608978SQ0322142
公開日2004年3月31日 申請日期2003年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
發(fā)明者曹中, 程和森, 崔敏, 王守家, 錢軍, 王勇, 解宇, 曹更新 申請人:南通中天精密儀器有限公司, 水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學(xué)研究院