[實用新型]壓強和總力測量系統

無效

• 申請號: 200720130819.5
• 申請日: 2007-12-07
• 公開（公告）號: CN201107150Y
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 蔡守允;賈寧一;劉兆衡;戴杰;李爾林;蔡志俊;李恩寶
• 申請（專利權）人: 水利部交通部電力工業部南京水利科學研究院
• 主分類號: G01L9/06
• 分類號: G01L9/06
• 代理公司: 南京知識律師事務所
• 代理人: 樊文紅

技術領域

本實用新型涉及水文測量系統領域，更具體地說涉及一種在水利工程模型試驗中進行波壓力和脈動壓力測量的壓強和總力測量系統。

背景技術

在水利工程中，由于建筑物的結構類型繁多，其結構形狀和受力情況十分復雜，研究作用于結構物上的力對于防護工程十分重要，通常不能用理論的方法得到精確解，需要應用模型試驗來進行測量和分析。但是，目前沒有一種壓強和總力測量系統能夠同時進行波壓力和脈動壓力的動態測量和靜態壓力的測量。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種壓強和總力測量系統，該系統可同步采集處理多點壓強和多點總力，可以靜態地檢測每路傳感器的輸出信號，也可以動態地檢測和顯示每路測量信號的數據和跟蹤曲線。

本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的：壓強和總力測量系統，包括若干壓電式壓力傳感器，它還包括與各壓電式壓力傳感器對應的差動放大電路、A/D轉換電路、穩壓電源和計算機；壓電式壓力傳感器的電壓信號經差動放大電路、A/D轉換電路輸入計算機；所述穩壓電源為壓電式壓力傳感器和差動放大電路提供穩壓電源。

所述壓電式壓力傳感器包括一個塑料殼，塑料殼的底面上設有一個通孔，塑料殼內的通孔上設有硅環，一塊N型單晶硅膜片硅膜片固定在硅環上，N型單晶硅膜片上方設有保護層，保護層上面設有與塑料殼密封連接的蓋板；N型單晶硅膜片連接有四個引線，各引線分別與貫穿塑料殼的各引腳管連接；在N型單晶硅膜片上設置四個等值電阻，構成一個惠斯登測量電橋，用于輸出電壓信號。

作為本實用新型的進一步改進，所述壓電式壓力傳感器中，惠斯登測量電橋的穩壓電源輸入端還設有一個溫補電路，用它來反映硅膜片上的真實溫度，進行溫度補償，減少溫度對它的影響。

作為本實用新型的進一步改進，所述壓電式壓力傳感器、差動放大電路和穩壓電源集成為一體，形成壓電式壓力傳感器集成電路。

本實用新型并列設置若干壓電式壓力傳感器在計算機的控制下系統可同步采集處理多點壓強和多點總力，靜態地檢測每路傳感器的輸出信號，也可以動態地檢測和顯示每路測量信號的數據和跟蹤曲線。集成壓力傳感器由于采用了溫度補償電路和差動放大電路，它的靈敏度溫度系數幾乎為零。差動放大電路的輸出經A/D轉化后由計算機采集和處理。集成壓力傳感器的測量精度可達0.1％～0.3％。

計算機中設置軟件可實現常系數建立、傳感器自檢、零點測量、壓力測量、壓力處理、總力測量、總力處理等測量控制及分析功能。該壓強和總力測量系統不僅能成功地應用于港工、水工和河工模型試驗的波壓力和脈動壓力的動態測量，還能進行靜態壓力測量，因此得到了廣泛的應用。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例1壓強和總力測量系統結構框圖

圖2是本實用新型實施例1壓電式壓力傳感器集成電路示意圖

圖3是本實用新型實施例1壓電式壓力傳感器側面剖視圖

圖4是本實用新型實施例1壓電式壓力傳感器正面示意圖

具體實施方式

實施例1

如圖1所示，壓強和總力測量系統1，包括27個壓電式壓力傳感器2、與壓電式壓力傳感器2對應的27個差動放大電路3、A/D轉換電路4、穩壓電源5和計算機6，壓電式壓力傳感器2的電壓信號輸入差動放大電路3，再經A/D轉換電路4輸入計算機6。穩壓電源5為壓電式壓力傳感器2和差動放大電路4提供穩壓電源。

當壓電式壓力傳感器2在水中的深度發生變化，引起電路中的阻抗變化，橋路失去平衡，則產生相應的電壓輸出。差動放大電路3的輸出信號經A/D轉換電路4轉化后由計算機6采集和處理。

如圖3和圖4所示，壓電式壓力傳感器2包括一個塑料殼21，塑料殼21的底面上設有一個通孔28，塑料殼21內的通孔28上設有硅環27，一塊N型單晶硅膜片22固定在硅環27上，N型單晶硅膜片22上方設有保護層23，保護層23上面設有與塑料殼21密封連接的蓋板24；N型單晶硅膜片22連接有引線四個25，四個引線25分別與貫穿塑料殼21的四個引腳26連接。如圖4所示，硅膜片22固定在一個剛度較大的硅環27上，當硅膜片22受壓時產生位移，電路中的阻抗發生變化，橋路失去平衡，則產生相應的電壓輸出。由于半導體單晶硅材料對溫度較敏感，硅膜片22上還有一個測溫電阻，用它來反映硅膜片上的真實溫度，進行溫度補償，減少溫度對它的影響。硅膜壓力傳感器具有精度高、靈敏度大、頻率響應高(可測量高達幾十千赫的脈動壓力)、體積小、動態特性好等優點。

如圖2所示，壓電式壓力傳感器2和差動放大電路3集成為一體，其中還包括為壓電式壓力傳感器和差動放大電路提供電源的穩壓電源5，形成壓電式壓力傳感器集成電路。集成電路的核心部分是一塊N型單晶硅膜片22，利用單晶硅的壓阻效應，采用集成電路工藝在硅膜片22上設置四個等值電阻R₁、R₂、R₃、R₄，構成一個惠斯登測量電橋，用于輸出電壓信號。在惠斯登測量電橋的穩壓電源輸入端，即R₁和R₃的連接點和穩壓電源輸入端v_cc之間設有溫補電路7，進行溫度補償，減少溫度對惠斯登測量電橋的影響。