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專利名稱：粗糙度系數(shù)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種粗糙度系數(shù)測量儀，尤其是一種巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)測量儀。
背景技術(shù)：
目前，金屬表面形態(tài)測量方法比較成熟，一些新技術(shù)、新方法，如激光散斑技術(shù)、全息干涉技術(shù)、電子光學(xué)技術(shù)、光外差干涉法和計算機(jī)技術(shù)正逐漸應(yīng)用于金屬表面形態(tài)測量。金屬試件尺寸小(大多小于1m)、表面起伏幅度小(一般小于1mm)，因而其表面形態(tài)測量方法精度高、分辯率強(qiáng)且儀器設(shè)備復(fù)雜；而巖石結(jié)構(gòu)面尺寸大(一般幾十厘米～幾千厘米，最大達(dá)幾千米)、表面起伏幅度大(幾毫米～幾十毫米)，且難以取回室內(nèi)進(jìn)行測量。因此，金屬表面形態(tài)測量方法一般不適用于巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)測量。
相比之下，巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)測量方法比較落后。二十世紀(jì)七十年代以來，國內(nèi)外的許多學(xué)者對巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)測試儀器和測試方法進(jìn)行了不同程度的研究。巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)的測試手段可分為光學(xué)方法和機(jī)械方法兩種，光學(xué)方法采用的儀器大都由激光發(fā)射-接收器或CCD攝像機(jī)、機(jī)械驅(qū)動裝置和光電轉(zhuǎn)換和數(shù)字模擬系統(tǒng)組成，它可以測出表面的三維空間形態(tài)，測量的速度和精度都相當(dāng)高，但是它高程差的量程小，由于結(jié)構(gòu)面的表面濕度、礦物成份顏色以及光照陰影等因素的影響，可能產(chǎn)生較大的誤差，其應(yīng)用范圍也大都僅限于近距離的室內(nèi)固定試樣尺寸的測試。機(jī)械方法的儀器大都由接觸式探針或滾輪、機(jī)械或液壓自動驅(qū)動裝置和計算機(jī)數(shù)字模擬系統(tǒng)組成，雖然這些剖面儀測量精度都相當(dāng)高，但是大都由機(jī)械零件表面粗糙度測量方法改進(jìn)而來，因此其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備笨重，高差測試量程較小，測量速度慢，不適于野外具各自異性、各向異性和非均一性的巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的統(tǒng)計測量。
研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械觸針方法是巖體結(jié)構(gòu)面表面形態(tài)測量最直接、最有效的方法。最原始也是最常用機(jī)械觸針方法的方法是在手標(biāo)本上進(jìn)行的等距截取方法，其原理類似于根據(jù)平面地形圖切出剖面地形線，等距截取方法的精度取決于采點(diǎn)密度和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，速度慢和易失真是等距截取方法的最大缺點(diǎn)。
Haas等人在1975年利用表面輪廓記錄儀繪制長61cm的水平節(jié)理表面輪廓曲線，該儀器具精度高、曲線連續(xù)、繪制速度快、可直接讀出峰高和谷深值等優(yōu)點(diǎn)，但試件要求加工成圖示的尺寸，且嚴(yán)格按圖示比例安裝，從而限制了操作速度，而且只適用于室內(nèi)尺寸為61×61cm2的水平節(jié)理面。
Stimpson于1982年研制的輪廓尺和模型模子將170根等長的針夾于一長形夾子內(nèi)組成一個平面，并垂直放置于基準(zhǔn)面水平的節(jié)理表面，將沿節(jié)理表面起伏而自由升降形成的針上端輪廓以噴漆或噴墨記錄于背景的繪圖紙上，得到節(jié)理表面輪廓曲線。其精度取決于針的直徑，其測量長度受針的直徑和針的數(shù)目控制，而且只能繪制水平節(jié)理面的輪廓曲線。
夏才初等人于1994年研制的RSP-1型智能巖石表面形貌儀將機(jī)械、控制、測試和數(shù)據(jù)處理4個部分合為一體，在繪制輪廓曲線的同時，求得表面形貌特征參數(shù)。該儀器的測試量程為10mm，分辨率為0.01mm，適用于實(shí)驗(yàn)室節(jié)理表面形態(tài)測量。為測量更大規(guī)模結(jié)構(gòu)面的表面形態(tài)，研制者建議采用分段測量方法加以實(shí)施。該方法由于設(shè)備復(fù)雜、笨重，不適用于野外現(xiàn)場巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)的統(tǒng)計測量。
目前能用于野外直接測量粗糙度系數(shù)JRC的儀器較少，測量手段簡陋，精度低，大都只能測量水平方向的巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)，且不能直接輸出JRC值。

發(fā)明內(nèi)容為了克服已有技術(shù)中用于野外直接測量粗糙度系數(shù)JRC的儀器測量手段簡陋，精度低，且不能直接輸出JRC值的不足，本實(shí)用新型提供一種適用于野外任意產(chǎn)狀的巖體結(jié)構(gòu)面、可以沿任意方向快速測量巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)，重量輕、體積小、攜帶方便、操作簡單、測量速度快、效率高、可進(jìn)行統(tǒng)計測量的粗糙度系數(shù)測量儀。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于包括箱體，箱體內(nèi)安裝有絲桿，絲桿的一端固接有手輪，絲桿上連有拖板，拖板與絲桿垂直，絲桿上安裝有水平游標(biāo)尺，拖板上安裝有垂直游標(biāo)尺。
水平游標(biāo)尺設(shè)有水平傳感器，垂直游標(biāo)尺設(shè)有垂直傳感器，所述的水平傳感器與垂直傳感器通過接口與微控制器連接，所述的微控制器設(shè)有顯示器、按鍵和電源。
所述的水平游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在拖板上，所述的垂直游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在劃針上。
所述的劃針可滑動地安裝在拖板上，劃針與拖板之間裝有彈簧。
所述的微控制器包括初始化模塊、與初始化模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與數(shù)據(jù)采集模塊連接的運(yùn)算模塊、與運(yùn)算模塊連接的顯示模塊、與顯示模塊和數(shù)據(jù)采集模塊連接的按鍵控制模塊。
所述的初始化模塊進(jìn)行堆棧指針、數(shù)據(jù)庫指針的建立，輸入、輸出口的確立、中斷狀態(tài)的設(shè)定。
數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和規(guī)格化存儲。
運(yùn)算模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運(yùn)算。
顯示模塊發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)算結(jié)果到顯示器。
按鍵控制模塊提取按鍵狀態(tài)。
所述的拖板兩端設(shè)有導(dǎo)向套，所述的導(dǎo)向套可滑動地套接在導(dǎo)向桿上，導(dǎo)向桿固定在箱體上與絲桿平行。
所述的微控制器采用MSP430F149為核心的嵌入式處理器。
所述的水平傳感器與垂直傳感器為容柵傳感器。
所述的顯示器為T6963C點(diǎn)陣LCD液晶顯示器。
本實(shí)用新型所述的糙度系數(shù)測量儀的有益效果主要表現(xiàn)在1、采用絲桿同時帶動拖板上的水平游標(biāo)尺與垂直游標(biāo)尺移動，通過傳感器將位移記錄下來，且測量儀重量輕、體積小、攜帶方便；2、采用MSP430F149為核心的嵌入式處理器，能對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與運(yùn)算，直接得出JRC值，操作簡單、測量速度快、效率高。


圖1是本實(shí)用新型粗糙度測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的左視圖。
圖3是本實(shí)用新型粗糙度測量儀操作示意圖。
圖4是本實(shí)用新型粗糙度測量電路原理圖。
圖5本實(shí)用新型粗糙度測量軟件框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
參見附圖一種粗糙度系數(shù)測量儀，包括箱體1，箱體1內(nèi)安裝有絲桿2，絲桿2的一端固接有手輪3，絲桿3上連有拖板4，拖板4與絲桿2垂直，絲桿2上安裝有水平游標(biāo)尺5，拖板4上安裝有垂直游標(biāo)尺6。
水平游標(biāo)尺5設(shè)有水平傳感器，垂直游標(biāo)尺6設(shè)有垂直傳感器，所述的水平傳感器與垂直傳感器通過接口與微控制器連接，所述的微控制器設(shè)有顯示器、按鍵和電源。
所述的水平游標(biāo)尺5的游標(biāo)7設(shè)在拖板上，所述的垂直游標(biāo)尺6的游標(biāo)8設(shè)在劃針9上。
所述的劃針9可滑動地安裝在拖板4上，劃針9與拖板4之間裝有彈簧10。所述的水平傳感器與垂直傳感器通過接口與采用MSP430F149為核心的嵌入式處理器微控制器連接，所述的微控制器設(shè)有T6963C點(diǎn)陣LCD液晶顯示器和電源。
所述的拖板4兩端設(shè)有導(dǎo)向套11，所述的導(dǎo)向套11可滑動地套接在導(dǎo)向桿12上，導(dǎo)向桿12固定在箱體1上與絲桿2平行。
所述的微控制器包括初始化模塊、與初始化模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與數(shù)據(jù)采集模塊連接的運(yùn)算模塊、與運(yùn)算模塊連接的顯示模塊、與顯示模塊和數(shù)據(jù)采集模塊連接的按鍵控制模塊。
所述的初始化模塊進(jìn)行堆棧指針、數(shù)據(jù)庫指針的建立，輸入、輸出口的確立、中斷狀態(tài)的設(shè)定。
數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和規(guī)格化存儲。
運(yùn)算模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運(yùn)算。
顯示模塊發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)算結(jié)果到顯示器。
按鍵控制模塊提取按鍵狀態(tài)。
使用時，將箱式粗糙度系數(shù)測量儀置于巖體結(jié)構(gòu)面表面，箱底面和結(jié)構(gòu)面表面的最高點(diǎn)接觸，確定最佳測量范圍，并確定起始位置。復(fù)位水平容柵傳感器、垂直容柵傳感器。轉(zhuǎn)動手輪使絲桿旋轉(zhuǎn)，與拖板固連在一起的水平游標(biāo)和垂直游標(biāo)尺也跟著移動，由于水平游標(biāo)相對于固定的水平游標(biāo)尺移動，這樣測量方向的位移就記錄下來；同時，在拖板移動時，垂直游標(biāo)相對于其游標(biāo)尺沿被測巖體結(jié)構(gòu)面的凹凸表面上下移動，這樣一來，沿測量長度方向巖體結(jié)構(gòu)面表面的起伏值就測量出來，同時水平容柵傳感器、垂直容柵傳感器順序記錄運(yùn)動軌跡，測量給定取樣長度巖體結(jié)構(gòu)面表面的水平位移值和垂直位移值，最后經(jīng)運(yùn)算直接顯示給定取樣長度結(jié)構(gòu)面的JRC測量結(jié)果。
權(quán)利要求1.一種粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于包括箱體，箱體內(nèi)安裝有絲桿，絲桿的一端固接有手輪，絲桿上連有拖板，拖板與絲桿垂直，絲桿上安裝有水平游標(biāo)尺，拖板上安裝有垂直游標(biāo)尺；水平游標(biāo)尺設(shè)有水平傳感器，垂直游標(biāo)尺設(shè)有垂直傳感器，所述的水平傳感器與垂直傳感器通過接口與微控制器連接，所述的微控制器設(shè)有顯示器、按鍵和電源；所述的水平游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在拖板上，所述的垂直游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在劃針上；所述的劃針可滑動地安裝在拖板上，劃針與拖板之間裝有彈簧。
2.如權(quán)利要求1所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的微控制器包括初始化模塊、與初始化模塊連接的數(shù)據(jù)采集模塊、與數(shù)據(jù)采集模塊連接的運(yùn)算模塊、與運(yùn)算模塊連接的顯示模塊、與顯示模塊和數(shù)據(jù)采集模塊連接的按鍵控制模塊；所述的初始化模塊進(jìn)行堆棧指針、數(shù)據(jù)庫指針的建立，輸入、輸出口的確立、中斷狀態(tài)的設(shè)定；數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和規(guī)格化存儲；運(yùn)算模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運(yùn)算；顯示模塊發(fā)送運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)算結(jié)果到顯示器；按鍵控制模塊提取按鍵狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的拖板兩端設(shè)有導(dǎo)向套，所述的導(dǎo)向套可滑動地套接在導(dǎo)向桿上，導(dǎo)向桿固定在箱體上與絲桿平行。
4.如權(quán)利要求2所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的拖板兩端設(shè)有導(dǎo)向套，所述的導(dǎo)向套可滑動地套接在導(dǎo)向桿上，導(dǎo)向桿固定在箱體上與絲桿平行。
5.如權(quán)利要求3所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的微控制器采用MSP430F149為核心的嵌入式處理器。
6.如權(quán)利要求4所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的微控制器采用MSP430F149為核心的嵌入式處理器。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的水平傳感器與垂直傳感器為容柵傳感器。
8.如權(quán)利要求1-6之一所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的顯示器為T6963C點(diǎn)陣LCD液晶顯示器。
9.如權(quán)利要求7所述的粗糙度系數(shù)測量儀，其特征在于所述的顯示器為T6963C點(diǎn)陣LCD液晶顯示器。
專利摘要一種粗糙度系數(shù)測量儀，包括箱體，箱體內(nèi)安裝有絲桿，絲桿的一端固接有手輪，絲桿上連有拖板，拖板與絲桿垂直，絲桿上安裝有水平游標(biāo)尺，拖板上安裝有垂直游標(biāo)尺。水平游標(biāo)尺設(shè)有水平傳感器，垂直游標(biāo)尺設(shè)有垂直傳感器，水平傳感器與垂直傳感器通過接口與微控制器連接，微控制器設(shè)有顯示器、按鍵和電源。水平游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在拖板上，垂直游標(biāo)尺的游標(biāo)設(shè)在劃針上。劃針可滑動地安裝在拖板上，劃針與拖板之間裝有彈簧。本實(shí)用新型粗糙度系數(shù)測量儀，適用于野外任意形狀的巖體結(jié)構(gòu)面、可以沿任意方向快速測量巖體結(jié)構(gòu)面粗糙度系數(shù)，重量輕、體積小、攜帶方便、操作簡單、測量速度快、效率高、可進(jìn)行統(tǒng)計測量。
文檔編號G01B5/28GK2745025SQ200420110130
公開日2005年12月7日 申請日期2004年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月17日
發(fā)明者杜時貴 申請人:金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院