[發明專利]振弦式傳感器的頻率測量裝置和方法

在審

• 申請號: 201510660886.7
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN105136281A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 鄒勇軍;馮慶林
• 申請（專利權）人: 基康儀器股份有限公司
• 主分類號: G01H13/00
• 分類號: G01H13/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 高麗萍

技術領域

本發明涉及巖土工程、道路交通設施、大型樓宇等的健康監測技術領域，特別是應用于巖土工程、道路交通設施、大型樓宇等的安全監測儀器中的振弦式傳感器的頻率測量裝置和方法。

背景技術

在對巖土工程、道路交通設施、大型樓宇等的安全監測中，通常采用振弦式傳感器等安全監測儀器監測巖土工程(或道路交通設施或大型樓宇)的應力應變、溫度、接縫開度、滲漏和變形等物理量，用以分析判斷巖土工程(或道路交通設施或大型樓宇)的安全。振弦式傳感器內部的鋼弦的振動固有頻率參量是最為關鍵的測量因子，目前測量鋼弦的頻率參量通常采用激振拾振的方法：采集終端首先向振弦式傳感器發送單脈沖激勵信號或掃頻激勵信號，向振弦式傳感器饋入激勵能量，使振弦式傳感器內部的鋼弦產生振動。撤銷激勵信號后，振弦式傳感器的鋼弦處于自由諧振狀態，以特定的頻率諧振，該諧振頻率與振弦式傳感器所測量的參量有特定的對應關系。采集終端再檢測、處理振弦式傳感器的諧振信號，得到其諧振頻率，即鋼弦的固有頻率。

由于振弦式傳感器本身個體差異性，及安裝使用外圍環境差異性，振弦式傳感器的激勵特性、諧振特性有較大的差異。經常需要對現場不同的傳感器個體設定專門的激勵信號特性及拾振過程參數，才可以可靠地獲得振弦式傳感器參量，對使用者有較高的技術要求，需要一種自適應的振弦式傳感器激勵及拾振技術來解決此類問題。

發明內容

本發明針對現有技術需要對現場不同的傳感器個體設定專門的激勵信號特性及拾振過程參數才能可靠地獲得振弦式傳感器參量且對使用者有較高的技術要求等問題，提供一種振弦式傳感器的頻率測量裝置，采用的激振裝置能夠根據振弦式傳感器信號傳輸電纜長度不同自適應地調整激勵信號振幅，拾振裝置采用具有二極管嵌位的過零檢測電路配合包絡檢波電路，實現動態截取質量較好的信號測量其頻率，提高測量準確度。本發明還涉及一種振弦式傳感器的頻率測量方法。

本發明的技術方案如下：

一種振弦式傳感器的頻率測量裝置，包括激振裝置、開關電路和拾振裝置，所述開關電路切換激振裝置和拾振裝置分別與振弦式傳感器的連接，其特征在于，

所述激振裝置按照信號的流向包括依次連接的掃頻激勵源、幅度調節電路、極性轉換電路和橋式推挽功率放大電路，所述橋式推挽功率放大電路與開關電路相連；

所述拾振裝置包括儀表放大器、二次放大電路、包絡檢波電路、具有二極管嵌位的過零檢測電路、信號有效性處理電路和等精度測頻電路，所述儀表放大器分別與開關電路和二次放大電路相連，所述二次放大電路分別連接過零檢測電路和包絡檢波電路，所述過零檢測電路連接等精度測頻電路，所述包絡檢波電路連接信號有效性處理電路，所述信號有效性處理電路與等精度測頻電路相連。

所述幅度調節電路包括數字電位器，所述掃頻激勵源輸出單極性差分掃頻激勵信號分別連接至數字電位器的兩個固定端，由數字電位器的調整端輸出幅度調節后的單極性單端信號。

所述激振裝置還包括等值電阻分壓電路，所述等值電阻分壓電路產生差分掃頻信號的相對零點信號，所述等值電阻分壓電路與極性轉換電路相連；所述極性轉換電路包括差分放大器和反相放大器，所述差分放大器與數字電位器相連并將數字電位器輸出的幅度調節后的單極性單端信號作為差分正向輸入以及將等值電阻分壓電路輸出的差分掃頻信號的相對零點作為差分負向輸入，所述差分放大器輸出雙極性單端掃頻信號，所述反向放大器的輸入端連接差分放大器的輸出端，所述反相放大器的輸出與所述差分放大器的輸出共同構成雙極性差分掃頻信號輸出。

所述具有二極管嵌位的過零檢測電路包括隔直電容、比較器以及兩組二極管嵌位電路，二次放大電路的輸出端作為具有二極管嵌位的過零檢測電路的輸入端依次連接隔直電容和比較器，第一組二極管嵌位電路包括兩個設置方向相反且并聯連接的二極管，第一組二極管嵌位電路的一端從過零檢測電路的輸入端引出且第一組二極管嵌位電路的另一端接地，第二組二極管嵌位電路包括一正極接地且負極從過零檢測電路的輸出端引出的二極管。

所述拾振裝置還包括前置高通濾波電路和二階帶通濾波電路，所述儀表放大器通過前置高通濾波電路與開關電路相連且所述儀表放大器通過二階帶通濾波電路與二次放大電路相連。

一種振弦式傳感器的頻率測量方法，包括激振階段和拾振階段，其特征在于，