Эхолокатор для грунта. Разработка.  >>  Эхолот для грунта ЭДГ- 5.0. РЭ.

Эхолот для грунта ЭДГ- 5.0

Руководство по эксплуатации

 1. Назначение

Эхолот предназначен для поиска в грунте уплотнений и полостей.

2. Устройство

Изделие состоит из двух частей.

Рис.1. Самый простой - проводной вариант исполнения эхолота.

Описание сделано для беспроводного варианта, которое функционально ничем не отличается от проводного, кроме отсутствия жгута проводов между частями изделия.

2.1. Исполнительное Устройство (ISP) состоит из двух цилиндрических скреплённых между собой корпусов, на торце одного из них расположен пьезоэлектрический излучатель, на торце второго – пьезоэлектрический приёмник. Резонансная частота излучателя и приёмника равна 40 кГц.

Внутри первого корпуса расположен генератор пачек импульсов с усилителем, к выходу которого подключён излучатель. Внутри второго – чувствительный усилитель сигнала, поступающего от пьезоэлектрического приёмника, и микроконтроллер. Функция микроконтроллера состоит в подаче запускающего импульса на излучатель, обработке принятого от приёмника сигнала и передача результатов обработки в Устройство Управления и Индикации по WiFi.

2.2. Устройство Управления и Индикации (UUI) состоит из микроконтроллера, принимающего информацию от ISP по WiFi, микроконтроллера Arduino Mega 2560, выводящего принятую информацию на дисплей и панели управления, связанной с Ардуино.  

Внешний вид панели управления показан на рисунке 1.

Рис. 1. Внешний вид панели управления.

 2.2.1. Панель управления содержит три переключателя:

- ПИТАНИЕ – ВКЛ / ОТКЛ  - включает или выключает питание UUI;

- СРЕДА – ГРУНТ / ВОЗДУХ – устанавливает среду измерения;

- ВЫХОД – 24 В / 12 В – устанавливает напряжение питания выходного каскада усилителя излучателя, изменяя мощность излучения в 4 раза.

2.2.2. Кроме того, на панели имеется 12 кнопок и 15 светодиодов.

Верхние светодиоды, расположенные напротив нижних кнопок, показывают состояние режима, который включает расположенная напротив кнопка. Четыре светодиода слева показывают наличие отражённого сигнала в соответствующем канале приёмника. (!!! Следует обратить внимание на неправильные надписи рядом с этими светодиодами. Надпись L1 должна быть вверху, а L4 – внизу. В следующем варианте это будет исправлено).

Кнопки разбиты на три группы.

- Три кнопки слева устанавливают КОЛИЧЕСТВО ИМПУЛЬСОВ в пачке: 4, 8 или 16.

- Три кнопки в середине устанавливают КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ приёмного усилителя: х1, х6 или х36.

- Пять кнопок справа КАНАЛЫ устанавливают номер включённого канала L1, L2, L3, L4 или поочерёдно в режиме АВТО.

2.2.3. Отдельно стоящая справа кнопка ЭКРАН не имеет светодиодной индикации. Как понятно из названия, реакцию на нажатие этой кнопки мы увидим на экране. Короткое нажатие кнопки включает или выключает режим осциллографа. Осциллограмма появляется в нижней части экрана, как показано на рисунке 2.

Рис. 2. Внешний вид дисплея.

Цифры в левом верхнем углу показывают расстояние до наиболее удалённого объекта, в нижнем углу – диапазон измерений. Цифры в середине сверху – напряжение питания UUI, ниже – напряжение питания ISP. Если напряжение упало до минимально допустимого, цифры становятся красными, что указывает на необходимость замены батарей.

3. Начало работы

Перед началом работы необходимо убедиться, что напряжение питания обеих частей изделия находится в норме и имеет запас для длительной работы. Нижний предел напряжения UUI равен 7,0 В, а ISP – 10,5 В.

Первым должен быть включен выключатель на Исполнительном Устройстве. Потом – на Устройстве Управления. Иначе прибор не заработает.

Проверить работоспособность можно, переведя переключатель СРЕДА в положение ВОЗДУХ и направить излучатель на какой-нибудь плоский предмет. В комнате это может быть стена или потолок. В полевых условиях можно поднять излучатель и направить его в землю. Расстояние, показанное прибором должно быть близким к реальному.

 3.1. Измерения надо начинать с самых грубых установок. Следует иметь ввиду, что чем выше установлена чувствительность, тем больше «мёртвая зона» прибора. Например, если на глубине 10 см лежит бетонная плита, обнаружить её можно только на самых грубых установках: количество импульсов в пачке не более 8, коэффициент усиления 1 или 6, каналы L1 или L2. На более чувствительных установках прибор её просто не заметит.

 3.2. Одиночные измерения имеют смыслв случаях, когда необходимо, например, измерить толщину стены или просканировать её на предмет наличия в ней полостей. Перед началом измерения профиля тоже имеет смысл сначала провести одиночные измерения, чтобы выбрать длительность импульса, при которой имеются отражения, и напряжение на излучателе. Как минимум необходимо убедиться, что отражения от какого-то объекта идут.     

 4. Измерение профиля

4.1. Перед измерением профиля  необходимо перевести прибор в режим записи на карту памяти. Для этого необходимо нажать кнопку ЭКРАН и удерживать её не менее 1 секунды. При включении режима на экране средняя полоса между указателями напряжений станет широкой и окрасится в красный цвет. Кроме того, в верхней части экрана между указателями расстояния и напряжения UUI появится указатель имени каталога (папки), куда будут заноситься результаты измерений. В нижней части, между указателями напряжения ISP и диапазона измерений появится указатель количества файлов в каталоге. Для каждой записи создаётся новый файл. Наглядно это показано на рисунке 3. 

Рис. 3. Режим записи.

Если карта памяти отсутствует, или неисправна, красная линия появляется на 1 сек и устройство выходит из режима записи. Если такое случилось, попробуйте выключить и опять включить Устройство Управления. Если не помогает, карту памяти надо извлечь, проверить на компьютере, включив устранение ошибок, а при необходимости отформатировать в системе FAT32. Максимальный поддерживаемый объём карты памяти – 32 Гб.

Для извлечения карты памяти необходимо аккуратно отсоединить дисплей от Ардуино. Она установлена на его тыльной стороне. Проверенную карту вставить обратно и так же аккуратно поставить дисплей на место. При манипуляциях с дисплеем надо избегать любых воздействий на его экранную часть. Даже при не сильном нажатии со стороны шлейфа экран может выйти из строя. Все усилия прилагать только к плате, на которой он смонтирован.

При включении записи устройство принудительно переводится в режим АВТО. Короткое нажатие кнопки ЭКРАН по-прежнему включает / выключает осциллограф.

Для выхода из режима записи необходимо повторное длительное (на 1 сек) нажатие кнопки ЭКРАН.

Для создания нового каталога необходимо одновременно длительно нажать кнопки х1 и х36. 

Переход на старший каталог производится длительным нажатием кнопки х36, на младший – длительным нажатием кнопки х1.

 Кнопки КОЛИЧЕСТВО ИМПУЛЬСОВ используются для удаления файлов и каталогов при длительном нажатии. Нажатие кнопки 4 удаляет один последний файл в каталоге. Кнопка 8 – удаляет все файлы в каталоге. Кнопка 16 удаляет каталог. При этом, удалён может быть только последний (старший) каталог, и только тогда, когда из него удалены все файлы. Такие ограничения не позволяют нарушить стройность системы каталогов и затрудняют случайное удаление ранее записанных каталогов.

4.2. Итак, количество импульсов в пачке и напряжение на излучателе определены, мы убедились, что отражённые от объекта импульсы присутствуют, каталог, в который будем производить запись, установлен. Можно приступать к снятию профиля. Для этого необходимо пройти по прямой линии, которая начинается до объекта исследования и заканчивается после него. 

Устанавливаем излучатель и приёмник так, чтобы они оба имели хороший контакт с грунтом. Для визуального определения наличия хорошего контакта рекомендуется включить коэффициент усиления х36 и наблюдать светодиоды L1 – L4 слева от экрана. Если некоторые из них вспыхивают, контакт есть.

Фиксируем ISP и делаем обычное короткое нажатие кнопки АВТО. Светодиоды х1, х6 и х36 начинают переключаться в порядке возрастания. По завершении записи индикация возвращается на исходную позицию и количество файлов в указателе увеличивается на единицу. Пока количество файлов не изменилось, излучатель не шевелить.

Затем перемещаем ISP на следующую позицию, желательно с определённым шагом, чтобы потом можно было вычислить расстояние, и производим следующий замер. Опыт показывает, что оптимальным является расстояние, равное длине ботинка, и не больше одного шага человека.

Запись производится поочерёдно для всех четырёх каналов при трёх разных коэффициентах усиления, всего 12 записей в одном файле.

 Для следующего профиля создаём новый каталог.

 5. Просмотр записей

5.1. Для просмотра записанной информации необходимо перейти в режим чтения.

Сделать это можно двумя способами.

- Первый:  в режиме записи нажать кнопку х6 и удерживать её 1 сек. При повторном длительном нажатии кнопки х6 происходит возврат в режим записи.

- Второй способ: при выключенном выключателе питания ISP, удерживая кнопку ЭКРАН, включить питание UUI. Это режим автономного просмотра записей и выйти из него можно только выключив питание.

В режиме чтения на экране всё остаётся, как в режиме записи, только широкая средняя линия в середине левой части экрана изменяет цвет с красного на зелёный. Осциллограф в режиме чтения не включается.

Кнопки удаления и манипуляции с каталогами работают так же, как в режиме записи. Но добавляется возможность изменения предела измерений. Он устанавливается вручную одновременным длительным нажатием кнопок х6 и х36 для увеличения предела и одновременным длительным нажатием кнопок х1 и х6 для его уменьшения. На экране будут отражаться только отражения от предметов, лежащие ниже установленного предела.

5.2. Для вывода на экран записанной информации, необходимо выбрать каталог с записью интересующего профиля и нажать кнопку просматриваемого канала L1 … L4, несколько кнопок для совместного вывода нескольких каналов, или всех каналов в режиме АВТО. На экран будут выведены данные для трёх коэффициентов усиления.

Если есть желание просмотреть записи при различных коэффициентах усиления, длительным нажатием кнопки ЭКРАН переводим устройство в режим раздельного чтения. Широкая средняя линия изменит цвет с зелёного на синий. В этом режиме всё остаётся как в предыдущем, только отображаются записи при коэффициенте усиления, установленном кнопками КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ перед чтением информации. Таким образом, имеется возможность анализировать результаты измерений для всех вариантов сочетаний каналов и коэффициентов усиления не в полевых условиях, а в спокойной обстановке.

Возврат из режима раздельного чтения осуществляется повторным длительным нажатием кнопки ЭКРАН.

5.3. Корректировка прочитанных данных.

Расстояния до объектов, отображаемые на дисплее, и предел измерения в грунте подлежат корректировке.

Если для воздуха скорость распространения звука везде можно считать одинаковой и измерения практически всегда с большой точностью соответствуют действительности, то скорость распространения звука в грунте может изменяться более чем в 10 раз и показания чаще всего не соответствуют действительности.

 Для расчёта показаний в грунте выбрана средняя скорость, равная скорости звука в воде 1500 м/сек. В скальных грунтах эта скорость может достигать 5000 м/сек, а в рыхлых – 500 м/сек.

 Для получения более точных результатов необходимо стремиться калибровать прибор непосредственно на исследуемом объекте. Иногда приходится применять изобретательность. Например, если исследуется старое кирпичное, каменное или бетонное здание, можно найти место, позволяющее измерить толщину стены прибором и рулеткой. Отношение показаний в дальнейшем будет служить корректировочным коэффициентом. Полезно иметь при себе щуп. Второй пример: при исследовании песчаного грунта прибор показал расстояние до объекта 60 см. Щуп показал расстояние 80 см. Вычисляем поправочный коэффициент

 k = 80 / 60 = 1,33

и применяем его для всех измерений в этом грунте.

6. Техническое обслуживание изделия 

 Техобслуживание сводится к своевременной замене аккумуляторов и последующей их зарядке в зарядном устройстве.

В Устройстве Управления два аккумулятора расположены справа под пластмассовой крышкой.

В Исполнительном Устройстве для доступа к аккумуляторам необходимо выкрутить винт под задней крышкой с выключателем, снять крышку и извлечь контейнер с тремя аккумуляторами.

При установке заряженных аккумуляторов необходимо соблюдать полярность! Пружинный контакт каждого контейнера для аккумулятора должен соединяться с его минусом.

После замены аккумуляторов и сборки изделия, его необходимо включить и убедиться, что напряжения на батареях, показанные на экране, в норме. Для заряженных аккумуляторов напряжение в Устройстве Управления должно быть не ниже 8 В, а в Исполнительном устройстве – не ниже 12 В.    

7. Приложение 1. Функции кнопок управления 

Как следует из описания, функции, выполняемые кнопками в различных режимах, сильно изменяются. Помочь ориентироваться в том, какие кнопки когда нажимать, призвана приведённая ниже таблица 7.1.

 Таблица 7.1

 * Удаление каталога возможно только после удаления в нём всех файлов.

8. Приложение 2. Технические характеристики изделия

 Таблица 8.1. Электрические характеристики излучателя в разных режимах.

Таблица 8.2. Электрические характеристики приёмника.

=В.С.= 22 октября 2022 г.

^ ^ ^