專利名稱:全自動巖、土體位移監(jiān)測的野外采樣、編碼及電臺控制機的制作方法
本發(fā)明涉及一種用于全自動監(jiān)測巖、土體位移的野外采樣、編碼及電臺控制機。
經查閱專利文獻資料，未發(fā)現(xiàn)有小型、輕便能自動連續(xù)采集巖、土體位移數(shù)據(jù)，進行遠距離傳輸、報警的儀器設備。比較接近的技術是多路通訊系統(tǒng)，我國電子工業(yè)部六所微機開發(fā)部研制的長城0520及IBMPC微機多路通信系統(tǒng)，主要由調制解調器、回路串行l(wèi)/O匹配板及點到多點的通信軟件三部分組成，它較難用于野外地質工作。特別是對巖、土體位移自動監(jiān)測，還需建立專門的數(shù)據(jù)采集和自動控制系統(tǒng)等。
本發(fā)明的任務是根據(jù)巖、土體位移是緩慢運動，采樣和傳輸可用直流傳輸訊號的特點，不采用復雜控制程序，創(chuàng)造一種小型、輕便能連續(xù)記錄、遠距離傳輸、報警的全自動監(jiān)則巖、土體位移的野外采樣、編碼及電臺控制儀器。
本發(fā)明的解決方案是由野外布線網絡、外引插座接口，采樣、編碼、串行輸出電路，探頭電源控制電路，采樣、收發(fā)轉換控制電路，報警電路，穩(wěn)壓電源，電臺接口及電臺組合構成。
野外布線網絡是由貫穿位移巖、土體與外引插座接口插座相等的若干根信號總線并把探頭分成與信號總線數(shù)相同的一個或若干個組和由與探頭電源控制電路中舌簧開關組數(shù)相同的若干組探頭及相同數(shù)的分組電源線，以及在經過探頭組附近的一根信號總線上并聯(lián)該組探頭數(shù)的導線與分線器相接，分線器另一端與各探頭相接而組成。
外引插座接口由若干個插座和相應數(shù)的“廠”形濾波電路組成。
采樣、編碼、串行輸出電路由振蕩電路、編碼器、電子開關、A/D轉換器和門電路組成。
探頭電源控制電路由分頻時序脈沖電路及多組舌簧開關組成。
采樣、收發(fā)轉換控制電路由選頻網絡、門電路和觸發(fā)電路組成。
電臺接口由自動收發(fā)轉換狀態(tài)接口、收訊接口、發(fā)訊接口三部分組成。自動收發(fā)轉換狀態(tài)接口，是從按壓開關的各觸點上引兩根導線與儀器上小繼電器的舌簧相接。收訊接口，是從電臺喇叭處引出兩導線一根接晶體三極管的基極，另一根接地。發(fā)訊接口，是從無線電話機的話筒上引兩導線，一根接地，另一根接串行編碼組合輸出端。
報警電路由一組振蕩器，同時從超限報警探頭引出兩根導線與小繼電器舌簧管兩端相接組成報警電路。當超限報警探頭被觸發(fā)時6組斯密特電源被接通，電臺收發(fā)轉換開關被短路，立即發(fā)出報警信號，達到報警目的。
穩(wěn)壓電源由+10V穩(wěn)壓電源;+6.5V穩(wěn)壓電源及-9V電源組成。
本發(fā)明的優(yōu)點1.本發(fā)明不采用復雜的控制程序，其結構簡單，小型輕便，均采用成型集成塊電子元件。造價比現(xiàn)有的多路數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)低100倍左右，且自動功能高，易于普及推廣。
2.具有較高的自動工作能力①能在中心控制室的指揮下自動開啟儀器工作;②能自動控制電臺收、發(fā)轉換;③能自動輪流采樣;④能自動編碼、自動交電臺發(fā)射;⑤能自動檢查質量、自動指示野外探頭故障;⑥有較高壓制干擾能力;⑦工作完畢后能自動關閉儀器電源和電臺。
3.本發(fā)明具有采樣靈活性高，在中心控制室的指揮下能任意時刻遠距離數(shù)據(jù)調運，并具有自動報警功能，以便隨時了解位移巖、土體的活動狀態(tài)，及時采取有效措施。
4.本發(fā)明在儀器的輸入端采用了“廠”形濾波電路、探頭采用直流電源，探頭輸入的信號是穩(wěn)定的直流信號，克服了長距離信號傳輸中干擾成份和訊號衰減改變的問題。
5.本發(fā)明設計了特殊的探頭電源控制電路與野外布線網絡配合，只用8根訊號數(shù)據(jù)總線，把野外72個各種測試探頭分成九組，輪流對每一組探頭供電和接通訊號線，在對某一組探頭供電和采樣時，其余探頭全部處于斷路狀態(tài)，既不發(fā)生干涉，又保證了監(jiān)測質量，達到少用導線和芯片又能滿足對較大規(guī)模位移巖、土體監(jiān)測，還可根據(jù)需要任意擴展探頭數(shù)量。
6.本發(fā)明與兩用滑體內蠕動、內位移測試探頭，兩用滑體沉降儀，兩用自動溫度補償伸縮計，兩用滑體水位計，兩用高精度變形計，滑體超限報警探頭，組合接口，由全自動巖、土體位移監(jiān)測的中心控制、譯碼、萬用接口儀器控制，而組成全自動巖、土體位移監(jiān)測系統(tǒng)。可在距離巖、土體位移現(xiàn)場50公里以上甚至幾百公里、上千公里的室內隨時收集所測巖、土體位移的各類數(shù)據(jù)。完全不需要人轉換和處理，而由機器自動把數(shù)據(jù)輸入計算機，把巖、土體位移活動的各數(shù)據(jù)自動計算和打印出來。當巖、土體地表位移量超過所選定的限量時能自動報警，以便及時采取防范措施。
7.當位移巖、土體距中心控制室很近時，本機可不用電臺，能方便地改為有線數(shù)據(jù)通訊。如位移巖、土體距中心控制室很遠時，需在現(xiàn)場監(jiān)測位移巖、土體和活動情況時，可將儀器略加改動即可實現(xiàn)。如將聲、象顯示器接在報警電路與電臺之間，可在現(xiàn)場報警。
本發(fā)明的具體結構由以下附圖及實施例給出。
圖1.全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機的野外布線網絡線路圖。
圖2.全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機各電路組合示意及工作原理方框圖。
圖3.全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機線路圖。
下面結合圖1、圖2、圖3對本發(fā)明的結構及實施例作詳細說明。
圖1.全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機的野外布線網絡線路圖為野外布線網絡的實施例，是用以與野外各探頭和全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機連結的一裝置。(0)，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)為8根貫穿位移巖、土體的信號總線。把探頭分成與信號總線相同數(shù)的8個一組，①，②，③，……，⑨為分組電源線，每一分組電源線直接牽到該組探頭。當訊號總線經過該組探頭附近時，以并聯(lián)電路方式從信號總線上引出8根導線與分線器相接，分線器另一端與各探頭相接。分線器實際上是一組繼電器開關，選用高靈敏度舌簧管制成，在分組電源線通電時，繼電器舌簧管吸合，每一個探頭上的分壓、訊號，通過舌簧管、繼電器進入信號總線，輸送到野外采樣、編碼、電臺控制機內，而其它各組探頭，則由于分線器完全斷開而各不干擾，這樣輪流對每一組探頭供電和接通訊號線。附圖1中一個電位器符號表示一個探頭，一個線圈斷電器表示一個分線器。
圖2.全自動巖、土體位移監(jiān)測的野外采樣、編碼及電臺控制機各電路組合示意及工作原理方框圖中，野外布線網絡(Ⅰ)由信號總線、分組電源線及分線器組成。信號總線通過外引插座接口(Ⅱ)的插頭與采樣、編碼、串行輸出電路A/D轉換器0809輸入端相接，分組電源線通過外引插頭與探頭電源控制電路(Ⅳ)中各組舌簧管開關相接，分線器各舌簧管開關一端與信號總線相接，另一端與野外各探頭相接。采樣、編碼、串行輸出電路(Ⅲ)，由外引插座將信號總線與A/D轉換器輸入端相接，采樣、編碼、串行輸出電路的電源由采樣、收發(fā)轉換控制電路(Ⅴ)的大繼電器供給，被串行編好的信號交采樣、收發(fā)轉換控制電路(Ⅴ)的二組4或門4072進行串行組合，并經電臺接口(Ⅵ)送電臺(Ⅹ)發(fā)射出去。探頭電源控制電路(Ⅳ)，當采樣、編碼、串行輸出電路(Ⅲ)中分頻器4520第二組D輸出端為高位時，讓探頭電源控制電路(Ⅳ)的輸出端輪流變?yōu)楦呶?，通過舌簧管開關經外引插頭向野外各組電源線輪流供電。采樣、收發(fā)轉換控制電路(Ⅴ)通過外引插頭把電臺觸發(fā)信號送到選頻網絡FC-54輸入端，讓電臺變?yōu)榘l(fā)射狀態(tài)，并通過大繼電器向采樣、編碼、串行輸出電路(Ⅲ)及探頭電源控制電路(Ⅳ)供給+10V、+6.5V的直流電。當野外探頭全部采樣完畢由探頭電源控制電路(Ⅳ)發(fā)出信號經二組4或門4072，讓電臺停止發(fā)射，繼電器停止供電。(Ⅶ)為報警電路，(Ⅷ)為穩(wěn)壓電源，(Ⅸ)為野外各測試探頭及報警探頭。
圖3.全自動巖、土體位移監(jiān)測野外采樣、編碼及電臺控制機線路圖，為本發(fā)明的實施例。其工作過程是1.在未采樣工作時，該機只有采樣、收發(fā)轉換控制電路處于供電狀態(tài)，電臺亦接通電源，但是由于C187“1”端輸出為低位，在3DG180集電極負載，電臺收發(fā)轉換小繼電器及供電大繼電器上無電流通過，電臺處于接收狀態(tài)，機器的其余部分處于停電狀態(tài)。
2.當電臺接收到控制中心發(fā)出的3050Hz訊號后，F(xiàn)C-54雙T選頻放大器立即輸出一高電位訊號，觸發(fā)4072或門，令其輸出一高電位，將J210下舌單穩(wěn)觸發(fā)，其Q端輸出一脈沖，將187“1”端由低位變?yōu)楦呶唬w管B1，B2導通，電臺收發(fā)轉換繼電器導通，則電臺由接收狀態(tài)轉變?yōu)榘l(fā)射狀態(tài)。與此同時，大繼電器亦導通，向A/D轉換器輸出6.7V電壓;向別的集成塊提供10V工作電位，“采樣，編碼，串行輸出電路”，“探頭電源控制電路”開始工作。
3.由于電源控制電路的導通開始工作，使40106斯密特電路的5個振蕩器S1～S5開始工作，其中S1輸出采樣基本頻率，讓4028的1～8輸出端依次輸出高位，該高位讓兩片4雙向開關4066依次打開，把A/D0809輸出端的“1/0”訊號按序引入雙4輸入端與門4082，晶體管B4與4082配合，把0809輸出的低位變成2600Hz脈沖輸出，把0809輸出的高位變成3900Hz輸出。當S1輸出8個脈沖后，4520Q1和Q4端同時躍為高位，令2輸入端4與門4081的“1”輸出端輸出一高位，該高位令J210上部單穩(wěn)電路翻轉，其Q端由低位上升到高位，讓4520各輸出端全部為零停止對0809采樣。同時Q端還輸出一脈沖，與40106S4振蕩器配合，讓4081“2”輸出端輸出一頻率為720Hz的結束脈沖，進入4072雙四或門的上組電路。此4072雙四或門上組輸出端，經過1.8K電阻，依次把一個數(shù)據(jù)的高位交流脈沖，低位交流脈沖及結束交流脈沖經1.8K電阻限流進入電臺。這時采樣，收發(fā)，轉換控制電路的J210上組Q端返回到低位時0809開始對第二個探頭采樣，4072將依次把其輸出端的高低交流脈沖，及結束脈沖，如此一直循環(huán)下去。
4.一片0809只能對8個數(shù)據(jù)進行采樣轉換，必須擴充機器的容量才能適應滑坡監(jiān)測工作，為此，本機設計了特殊的探頭電源控制電路，把野外72個探頭分成九組，每組輪流供電，與分線器配合，只用8根訊號總線便完成了72個數(shù)據(jù)的調運，這里電子部分只用了一片4017即達到了目的，與目前國內，國際通用方法相比節(jié)省了大量的集成塊。
5.很長的傳輸導線，可能帶來大量干擾，降低數(shù)據(jù)可靠性，為此，在0809輸入端設計了一簡便的阻容式廠型濾波器電路，把干擾壓到很低水平，由于濾波電路的存在，S1采樣頻率不宜太高，但對滑坡點完全滿足了，這也是本儀器設計的特點之一。
6.為了適應壓制干擾訊號廠型濾波器的需要，為了盡量減少訊號在長距離傳輸中的損失，探頭的電源應是直流電源，探頭輸出的訊號應是穩(wěn)定直流訊號。
7.如果把4017改成4515而不加任何附件，數(shù)據(jù)采集的容量將擴充至120個或更多，本機設計思想是用極少量元件，獲得最大容量的數(shù)據(jù)。
8.每8個數(shù)據(jù)采集完之后，4017輸出端下跳一位，開始下8個數(shù)據(jù)的采樣，發(fā)射。當?shù)凇?”輸出端跳變成高位時，4072下部或門輸出端輸出一正脈沖，讓J219下單穩(wěn)Q端輸出高位，該高位令187“1”端由高位跳到低位，無線電話機停止發(fā)射?！安蓸?，編碼，串行輸出電路”及“探頭電源控制電路”停止供電，整機恢復到待收發(fā)狀態(tài)。
權利要求
1.全自動巖、土體位移監(jiān)測的野外采樣、編碼及電臺控制機，其特征是由野外布線網絡，外引插座接口，采樣、編碼、串行輸出電路，探頭電源控制電路，采樣、收發(fā)、轉換控制電路，報警電路，穩(wěn)壓電源，電臺接口及電臺組合構成。
2.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，野外布線網絡的特征是，由貫穿位移巖、土體與外引插座接口插座相等的若干根信號總線，并把探頭分成與信號總線數(shù)相同的一個組和由與探頭電源控制電路中舌簧開關組數(shù)相同的若干組探頭及相同數(shù)的分組電源線，以及在經過探頭組附近的一根信號總線上并聯(lián)該組探頭數(shù)的導線與分線器相接，分線器另一端與各探頭相接而組成。
3.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，采樣、編碼、串行輸出電路的特征是，由振蕩電路、編碼器、電子開關、A/D轉換器和門電路組成。
4.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，探頭電源控制電路的特征是由分頻時序脈沖電路及多組舌簧開關組成。
5.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，采樣、收發(fā)、轉換控制電路的特征是，由選頻網絡、門電路和觸發(fā)電路組成。
6.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，電臺接口的特征是，由自動收發(fā)轉換狀態(tài)接口、收訊接口、發(fā)訊接口三部分組成。自動收發(fā)轉換狀態(tài)接口，是從按壓開關的各觸點上引兩根導線與儀器上小繼電器的舌簧管相接。收訊接口，是從電臺喇叭處引出兩導線一根接晶體管三極管的基極，另一根接地。發(fā)訊接口，是從無線電話機的話筒上引兩導線，一根接地，另一根接串行編碼組合輸出端。
7.據(jù)權利要求
1所述的野外采樣、編碼及電臺控制機，報警電路的特征是，由一組振蕩器，同時從超限報警探頭引出兩根導線與小繼電器舌簧管兩端相接組成。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種用于全自動監(jiān)測巖、土體位移的野外采樣，編碼及電臺控制機。由野外布線網絡，外引插座接口，采樣、編碼、串行輸出電路，探頭電源控制電路，采樣、收發(fā)、轉換控制電路，報警電路，穩(wěn)壓電源、電臺接口及電臺組合構成。與各種測試探頭接口，在中心控制機的指揮下，能自動輪流采樣、自動編碼交電臺發(fā)射，自動控制電臺收發(fā)轉換，自動檢查質量和指示野外探頭故障，自動開啟儀器工作和關閉電源及電臺，具有較高壓制干擾能力。
文檔編號G08C17/00GK87103007SQ87103007
公開日1988年11月23日 申請日期1987年5月3日
發(fā)明者楊杰, 鄭維虎, 范建平, 劉寶琴 申請人:四川省地礦局成都水文地質工程地質大隊導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan