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现代仪器技术在隧道工程中的应用 王运生 (郑州大学水利与环境学院，郑州 450001) [摘要] 本文以现代仪器技术为主线，详细论述了锚杆质量检测仪、隧道地质超前预报 成像系统、PS 波速测井仪方法原理以及应用效果。同时结合无线传感器网络技术，对目前 正在研发的隧道无线安全监测系统作了初步介绍。 [关键词]现代仪器；隧道工程；锚杆检测；超前预报；安全监测； 1 引 言 科学技术的突飞猛进，给我们带来了日新月异的感受。信号测试与分析技 术在工程安全与管理等方面发挥着重要的不可代替的作用。与此同时随着仪器 和计算机信息技术的快速发展，研究和应用现代仪器技术为我们提供了新的机 遇和新的挑战。结合近年来研究成果，本文主要阐述与探讨现在仪器技术在隧 道工程等方面的应用以及发展前景。 工程检测到的信号通常是一些变化的模拟量（如电压、电流），必须首先 转换成数字量才能使用计算机进行分析处理，模数转换电路（A/D ）对测试设 备性能起着决定性的作用。A/D 转换位数（分辨率）已经从最初的 8bit 发展到 24bit ，能够充分满足精度要求。因此，如何使检测设备更加轻便节能、效率更 高更可靠已经成为主要研究目标之一。 目前，以嵌入式智能设备为核心的后PC 时代已经到来，嵌入式技术和产 品在近几年来获得了极大的发展，其应用遍布各行各业。嵌入式系统的硬件设 计通常采用整合式芯片 Soc （System-on-Chip ），即将 CPU 、DSP 、I/O 等功能 做在一个芯片上，具有更小、更快、更节能等特点。与此同时，虚拟仪器和无 线数据通讯等多种新技术达到了快速推广和应用，对工程检测设备的创新和发 展同样具有重要作用。 2 嵌入式实时系统与应用（ARM ） 嵌入式系统一般包括硬件和软件两个部分，硬件核心微处理器架构有 ARM 和 MIPS 等不同类型，由于 ARM （Advanced RISC Machines ）技术方案 架构具备低功耗、高效能、低成本以及小体积等特性，使得 ARM 得到了众多 的知识产权授权用户，其中包括世界顶级的半导体和系统公司。因此，ARM 既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以 认为是一种技术的名字。Marvell PXA 微处理器采用ARM 架构同时兼容XScale 技术，提供广泛的优化整合标准，能充分满足手持式设备高性能和低功耗之需 求。 目前32 位的微处理器硬件（ARM ）和实时的多任务操作系统软件相结合 是嵌入式系统发展的主流。微软公司从 1996 年发布嵌入式操作系统 Windows CE 1.0 ，随着新版本的不断推出和性能提升，目前已经彻底奠定它在嵌入式操 作系统领域的领先地位。Windows CE 是一个开放的、可裁剪的、32 位的实时 嵌入式窗口操作系统，具有可靠性好、实时性高、内核体积小等特点，被认为 是高端嵌入式智能设备最好的开发平台和操作系统之一。 近几年来，我国的基础工程设施建设发展迅速，人工隧道和人工高边坡工 程大量涌现，锚杆锚固技术作为各类地下工程(隧道、洞室等) 及边坡防护的 重要手段，已在公路、铁路等基础工程施工中得到广泛应用。因此，锚杆锚固 质量的检测工作在锚杆加固工程中具有十分重要的地位和作用，其相应的快速 2 无损检测技术的研究与开发目前已是岩土工程设计、施工和工程物理探测等专 业领域中十分关注的热点问题之一。 针对实际工程迫切需要，应用嵌入式实时智能测试技术，基于高精度低功 耗模数芯片（A/D ），开发研制成功 WYS-EGS06 锚杆智能检测仪器，如图 1 所示。仪器硬件部分由台湾著名 IT 企业设计生产。使用 Marvell PXA 微处理 器，3.5 VGA 高分辨真彩触摸屏，128MB 大容量存储器和 2400mAh 大能量电 池。软件使用 EVC 编程语言自主研发，基于 Windows CE 5.0 嵌入式操作系统 运行，通过控制仪器