[發明專利]應變電橋損壞監測單元

無效

• 申請號: 200810243132.1
• 申請日: 2008-12-01
• 公開（公告）號: CN101446622A
• 公開（公告）日: 2009-06-03
• 發明（設計）人: 郭萬林;張國勇;于培師
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01R31/28
• 分類號: G01R31/28;G01B7/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司
• 代理人: 魏學成

技術領域

本發明涉及一種應變電橋損壞監測單元，屬于電子監測領域。

背景技術

在飛機、橋梁等大型機構的監測系統中大量應用應變電橋作為傳感器。應變電橋一般工作環境復雜、工作時間長、振動次數多，如果應變片損壞而不能及時發現會得到一系列的錯誤數據，甚至有可能造成重大安全事故。目前，應變電橋的檢查還依賴人工檢查，由于大型結構中應變電橋大量存在，所以人工檢查將會非常復雜和繁瑣。

發明內容

本發明為了能讓大型機構壽命監測系統及時發現應變電橋損壞而提出一種應變電橋損壞監測單元。

一種應變電橋損壞監測單元，其結構包括：應變電橋電路、峰值保持電路、谷值保持電路、上限比較指示單元和下限比較指示單元，其中：應變電橋電路的輸出端分別連接峰值保持電路的輸入端和谷值保持電路的輸入端，峰值保持電路的輸出端連接上限比較指示單元的輸入端，谷值保持電路的輸出端連接下限比較指示單元的輸入端。

本發明中，峰值保持電路和谷值保持電路通過電壓跟隨器與應變電橋相連，對電橋影響很小，可以直接應用到已有系統而無需對已有系統做任何改變；輸出采用電壓跟隨器使得峰谷值能長時間保持，從而任一應變片損壞都能立即檢測出來；上下限比較指示單元的上下限電壓能通過電位器靈活調節；該監測單元易于嵌入未來的壽命監測系統，結構簡單，抗干擾能力強，成本低。

附圖說明

圖1是本發明的結構框圖。

圖2是本發明中的應變電橋電路原理圖。

圖3是本發明中的峰值保持電路原理圖。

圖4是本發明中的谷值保持電路原理圖。

圖5是本發明中的上限比較單元原理圖。

圖6是本發明中的下限比較單元原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種應變電橋損壞監測單元，其結構包括：應變電橋電路1、峰值保持電路2、谷值保持電路3、上限比較指示單元4和下限比較指示單元5，其中：應變電橋電路1的輸出端分別連接峰值保持電路2的輸入端和谷值保持電路3的輸入端，峰值保持電路2的輸出端連接上限比較指示單元4的輸入端，谷值保持電路3的輸出端連接下限比較指示單元5的輸入端。

如圖3所示，峰值保持電路2的基本電路由二極管D6和電容C6組成。應變電橋電路1的輸出信號進入由運算放大器U9、二極管D4、電容C5構成的第一電壓跟隨器，第一電壓跟隨器的輸出信號進入由二極管D6和電容C6構成的基本峰值保持電路，基本峰值保持電路的輸出信號進入由運算放大器U8構成的第二電壓跟隨器。電容C6、開關S2、電阻R10構成放電回路供電容C6放電。第一電壓跟隨器對輸入信號提供高輸入阻抗和低輸出阻抗，使本監測單元對原來的應變電橋影響很小；第二電壓跟隨器起隔離緩沖的作用，便于接負載而不至構成電容C6的放電回路。當輸入電壓超過電容C6的端電壓V’時，二極管D4、D6導通給電容C6充電；當輸入電壓等于電容C6的端電壓V’時，停止給電容C6充電，第二電壓跟隨器的輸出端跟蹤輸入信號；當輸入電壓小于電容C6的端電壓V’時，二極管D4、D6反向截止，構不成C6的放電回路，所以電壓峰值被保持，第二電壓跟隨器的輸出端可以持續輸出峰值信號，只有當后繼信號大于先前保持的峰值時，第二電壓跟隨器輸出端才能繼續跟蹤輸入信號，一直到新的峰值。

如圖4所示，谷值保持電路3由第三電壓跟隨器、第一減法器、內部峰值保持電路和第二減法器構成。應變電橋電路1的輸出信號進入由運算放大器U2構成的第三電壓跟隨器，第三電壓跟隨器連接由運算放大器U3構成的第一減法器，該減法器的輸出信號進入內部峰值保持電路，內部峰值保持電路的輸出信號進入由運算放大器U5構成的第二減法器。電容C3、開關S1、電阻R8構成放電回路供電容C3放電。第三電壓跟隨器具有高輸入阻抗，以減小對應變電橋的影響。第一減法器改變信號的變化趨勢，這樣原來的谷值信號對應輸入信號的峰值，然后對峰值進行保持，再經過第二減法器把信號還原，便得到輸入信號的谷值。

如圖5所示，上限比較指示單元4由運算放大器U7、二極管D5和發光二極管DS2組成。峰值保持電路2的輸出信號進入運算放大器U7的同相輸入端與第一基準電壓Vb2比較，第一基準電壓Vb2通過電位器R12獲得，運算放大器U7的輸出信號驅動二極管D5和發光二極管DS2。

如圖6所示，下限比較指示單元5由運算放大器U6、二極管D3和發光二極管DS1組成。谷值保持單元3的輸出信號進入運算放大器U6的反相輸入端與第二基準電壓Vb1比較，第二基準電壓Vb1通過電位器R11獲得。運算放大器U6的輸出信號驅動二極管D3和發光二極管DS1。

如圖2所示，應變電橋電路1在實際應用中一般由應變片和固定電阻組成，且電阻RR1＝RR2＝RR3＝RR4，所以當應變為0時，應變電橋輸出電壓為Vcc/2。由于由應變引起的電壓變化ΔV只有十幾或幾十毫伏，所以當有應變時，信號在Vcc/2附近變化。當電阻RR1損壞時，其電阻接近無限大，信號接近0，送入谷值保持電路3，谷值被保存，再在下限比較指示單元5與第二基準電壓Vb1比較，小于第二基準電壓Vb1時運算放大器U6輸出高電平驅動指示燈亮；當電阻RR3損壞時，其電阻接近無限大，信號接近Vcc，送入峰值保持電路2，峰值被保存，再在上限比較指示單元4與第一基準電壓Vb2比較，大于第一基準電壓Vb2時運算放大器U7輸出高電平驅動指示燈亮。