[發(fā)明專(zhuān)利]單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量方法和系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010609551.X
• 申請(qǐng)日: 2010-12-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102141428A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江修;沈省三;毛良明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 基康儀器（北京）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01H11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01H11/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖土工程的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種巖土工程的安全監(jiān)測(cè)儀器中的單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在對(duì)巖土工程的安全監(jiān)測(cè)中，通常采用振弦式(或稱(chēng)鋼弦式)儀器等安全監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)巖土工程的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、接縫開(kāi)度、滲漏和變形等物理量，用以分析判斷巖土工程的安全。

振弦式儀器(或稱(chēng)振弦式傳感器)由一根兩端固定、均質(zhì)的鋼弦組成。鋼弦長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在感知外界作用力F(可以是巖土工程的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、接縫開(kāi)度、滲漏和變形等)的時(shí)候，鋼弦會(huì)產(chǎn)生ΔL的拉伸變形，在彈性范圍內(nèi)，同時(shí)考慮溫度T的影響，其中ΔT＝T-T₀，α為線(xiàn)膨脹系數(shù)，T₀、α、K均為已知的恒常數(shù)。鋼弦的機(jī)械振動(dòng)固有頻率f可以按如下公式獲得：其中E是鋼弦的彈性模量，ρ_v是鋼弦的密度，λ是鋼弦材料的泊松系數(shù)，這些均為定常數(shù)。將上述兩個(gè)公式進(jìn)行整理，消除這一共同變量，得出F是f和T的確定函數(shù)，通過(guò)測(cè)量f和T就能實(shí)現(xiàn)F的測(cè)量。其中，頻率參量f是最為關(guān)鍵的測(cè)量因子。

目前安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域使用的振弦式儀器中，按照線(xiàn)圈結(jié)構(gòu)類(lèi)型存在雙線(xiàn)圈振弦式儀器、單線(xiàn)圈振弦式儀器、差動(dòng)線(xiàn)圈振弦式儀器等多種形式，其中單線(xiàn)圈振弦式儀器在種類(lèi)、應(yīng)用范圍、數(shù)量等多方面均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。圖1為單線(xiàn)圈振弦式儀器結(jié)構(gòu)示意圖，將鋼弦1設(shè)置在頻率測(cè)量線(xiàn)圈2和永磁體3構(gòu)成的磁場(chǎng)中，通過(guò)給單線(xiàn)圈振弦式儀器中的頻率測(cè)量線(xiàn)圈2兩端施加交變的激振電流信號(hào)，在永磁體3的作用下形成交變電磁力，驅(qū)動(dòng)鋼弦1發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，振動(dòng)的鋼弦1在磁場(chǎng)中作切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在頻率測(cè)量線(xiàn)圈2中感應(yīng)出電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的頻率即為鋼弦1的振動(dòng)頻率。傳統(tǒng)的頻率測(cè)量方法采用頻率計(jì)數(shù)法，即采用計(jì)數(shù)器通過(guò)測(cè)量感應(yīng)電勢(shì)脈沖周期，即可測(cè)得鋼弦1的振動(dòng)頻率，該方法原理簡(jiǎn)單直觀(guān)可行，但在實(shí)踐上存在抗干擾能力差的問(wèn)題，不可避免地會(huì)把干擾信號(hào)以脈沖計(jì)數(shù)的形式計(jì)入測(cè)量結(jié)果中，導(dǎo)致測(cè)量精度和可靠性的下降。而巖土工程的安全監(jiān)測(cè)對(duì)安全監(jiān)測(cè)儀器的可靠性以及測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有非常嚴(yán)格的要求，這就要求在測(cè)量原理和測(cè)量方法上力求先進(jìn)、力求準(zhǔn)確可靠，所以單線(xiàn)圈振弦式儀器采用上述頻率測(cè)量方法已不能滿(mǎn)足測(cè)量的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量采用頻率計(jì)數(shù)法存在的抗干擾能力差，導(dǎo)致測(cè)量精度和可靠性下降的問(wèn)題，提供一種新型單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量方法，該方法從測(cè)量原理上更符合單線(xiàn)圈振弦式儀器的工作原理，增加了抗干擾能力，提高了單線(xiàn)圈振弦式儀器頻率測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。本發(fā)明還涉及一種單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量系統(tǒng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種單線(xiàn)圈振弦式儀器的頻率測(cè)量方法，首先在單線(xiàn)圈振弦式儀器中的頻率測(cè)量線(xiàn)圈兩端施加交變的掃頻激振信號(hào)，在永磁體的作用下形成交變電磁力，驅(qū)動(dòng)鋼弦發(fā)生機(jī)械振動(dòng)，其特征在于，還包括下述步驟：

A、撤銷(xiāo)掃頻激振信號(hào)，鋼弦的機(jī)械振動(dòng)形成單一頻率的駐波，頻率測(cè)量線(xiàn)圈兩端形成與鋼弦機(jī)械振動(dòng)頻率一致的感生電壓信號(hào)；

B、通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器對(duì)感生電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

C、通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)AD轉(zhuǎn)換器采集的信號(hào)進(jìn)行FFT頻譜分析；

D、根據(jù)極大值法提取出頻譜中的主頻信號(hào)，得到頻率測(cè)量值。

在執(zhí)行完步驟A后還包括將感生電壓信號(hào)放大整形的步驟，此時(shí)步驟B為通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器對(duì)放大整形后的感生電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

將單線(xiàn)圈振弦式儀器中的頻率測(cè)量線(xiàn)圈的兩端連接到信號(hào)發(fā)生器的輸出端，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生交變的掃頻激振信號(hào)施加到頻率測(cè)量線(xiàn)圈兩端。

在鋼弦發(fā)生機(jī)械振動(dòng)后，通過(guò)線(xiàn)路選擇開(kāi)關(guān)切斷信號(hào)發(fā)生器與頻率測(cè)量線(xiàn)圈之間的連接，同時(shí)把頻率測(cè)量線(xiàn)圈連接到放大整形電路的輸入端，所述放大整形電路將感生電壓信號(hào)進(jìn)行放大整形。

步驟B中所述的AD轉(zhuǎn)換器為高精度、高速AD轉(zhuǎn)換器。