[發明專利]一種振弦傳感器激振優化方法和振弦采集裝置

在審

• 申請號: 201711128606.3
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107966223A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 李冰;余晶晶;張林;董乾;劉勇;王剛;趙霞;沈克強
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01H13/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 劉莎

1.一種振弦傳感器激振優化方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

(1)采用高壓脈沖的激振方式對選定的振弦傳感器進行激勵；

(2)對步驟(1)中高壓脈沖激勵下的振弦傳感器采集到的振弦采集信號進行放大濾波后，測量其信號頻率，得到預測的振弦傳感器共振頻率f1。

(3)記錄步驟(2)中放大濾波后振弦采集信號的各周期時長，并計算各周期時長的標準方差σ，判斷標準方差σ是否超過容限范圍，若是則返回步驟(1)采用高壓脈沖的激振方式重新對選定的振弦傳感器進行激勵；否則進入步驟(4)；

(4)采用頻率范圍為[f1-△f，f1+△f]的低壓掃頻的激振方式對步驟(1)中選定的振弦傳感器進行激勵；

(5)對步驟(4)中低壓掃頻激勵下的振弦傳感器采集到的振弦采集信號進行放大濾波后，測量其信號頻率，得到振弦傳感器共振頻率的精確值f2。

2.根據權利要求1所述的一種振弦傳感器激振優化方法，其特征在于，步驟(3)中，若重復采用高壓脈沖的激振方式對選定的振弦傳感器進行激勵的次數超過設定閾值N，且每次計算得到的標準方差σ均超過容限范圍，則報錯并結束測量。

3.根據權利要求2所述的一種振弦傳感器激振優化方法，其特征在于，N的取值范圍為[3，5]。

4.根據權利要求1所述的一種振弦傳感器激振優化方法，其特征在于，步驟(4)中的△f的值根據實際情況確認。

5.根據權利要求1所述的一種振弦傳感器激振優化方法，其特征在于，步驟(4)中的△f是范圍為40Hz-60Hz的帶寬變化值。

6.基于如權利要求1至5中任一所述的振弦傳感器激振優化方法的振弦采集裝置，其特征在于，包括電源管理電路、振弦激勵采樣電路、微控制單元MCU、無線通信模塊和溫濕度傳感器模塊，其中：

電源管理電路包括電池、電壓轉換電路、基準電壓電路和振弦激勵電路；電壓轉換電路，用于將電池的輸出電壓轉換成信號放大濾波電路、發射通道選擇電路、接收通道選擇電路、熱電偶通道選擇電路、微控制單元MCU、無線通信模塊以及溫濕度傳感器模塊所需的工作電壓；基準電壓電路，用于產生基準電壓；振弦激勵電路，用于在微控制單元MCU的PWM控制信號下產生高壓振蕩信號或者恒流電壓信號；

振弦激勵采樣電路包括若干振弦傳感器、若干激勵控制電路、發射通道選擇電路、接收通道選擇電路、熱電偶通道選擇電路以及信號放大濾波電路，其中，一個振弦傳感器對應一個激勵控制電路；振弦傳感器，用于測量待測物體的應變和溫度；激勵控制電路與振弦激勵電路連接，用于根據發射通道選擇電路傳輸的觸發信號選擇高壓脈沖或低壓掃頻的激振方式對振弦傳感器進行激勵；發射通道選擇電路，用于根據微控制單元MCU的通道選擇信號選擇一個激勵控制電路，并向其傳輸微控制單元MCU傳輸的觸發信號；接收通道選擇電路，用于根據微控制單元MCU的通道選擇信號，將選定的振弦傳感器測得的振弦采集信號傳輸至信號放大濾波電路；熱電偶通道選擇電路，用于根據微控制單元MCU的通道選擇信號，將選定的振弦傳感器測得的溫度采集信號發送至微控制單元MCU；信號放大濾波電路，用于接收到的振弦采集信號進行電壓跟隨和二級低通濾波，其中二階低通濾波的同相輸入為基準電壓電路產生的基準電壓；

溫濕度傳感器模塊，用于測量該裝置所處工作環境的溫濕度，并將測得的環境溫濕度信號傳輸給微控制單元MCU；

微控制單元MCU，用于產生PWM控制信號并發送至振弦激勵電路，產生通道選擇信號并分別發送至發射通道選擇電路、接收通道選擇電路以及熱電偶通道選擇電路，產生觸發信號并發送至發射通道選擇電路，接收經過信號放大濾波電路處理的振弦采集信號、熱電偶通道選擇電路傳輸的溫度采集信號以及溫濕度傳感器模塊采集的環境溫濕度信號；

無線通信模塊，用于將微控制單元MCU傳輸的振弦采集信號、溫度采集信號以及環境溫濕度信號通過無線數據傳輸方式傳輸至用戶端。

7.根據權利要求6所述的振弦采集裝置，其特征在于，該裝置還包括與微控制單元MCU連接的燒寫調試接口，用于計算機對微控制單元MCU進行燒寫或調試程序。