[實用新型]一種振弦式傳感器的讀取數據裝置

有效

• 申請號: 201720169406.1
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN206556678U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 許利凱;谷利;黃霞;王秋明;馬小慧
• 申請（專利權）人: 河北穩控科技有限公司
• 主分類號: G01D5/56
• 分類號: G01D5/56;G01D18/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本實用新型屬于電子技術和工程監測的技術領域，具體地涉及一種振弦式傳感器的讀取數據裝置。

背景技術

振弦式傳感器也叫做鋼弦式傳感器，是目前國內外普遍重視和廣泛應用的一種非電量電測的傳感器。鋼弦式傳感器具有結構簡單、堅固耐用、抗干擾能力強(近距離)、測值可靠、精度與分辨力高和穩定性好等優點。其輸出為頻率信號(一般為mV級正弦波)，廣泛應用于巖土、混凝土、鋼結構工程測試中。

鋼弦式傳感器的一般工作原理是：鋼弦放置在磁場中，用一定方式對鋼弦加以激振后，鋼弦將會發生振動，振動的鋼弦在磁場中作切割磁力線運動，因此，可在拾振線圈中感應出電勢，感應電勢(鋼弦切割磁力線，在線圈中產生微弱電信號)的頻率就是振弦的共振頻率。由力學原理可知，鋼弦的共振頻率與弦線所承受的張力或拉力成線性關系，因此測得鋼弦的共振頻率即可求出待測鋼弦的繃緊程度(張拉應力)，利用這一特性，制作出各式各樣的傳感器，如壓力、位移等，壓力或位移的改變導致鋼弦繃緊程度發生變化，其共振頻率也相應發生改變，測量頻率值即可計算出傳感器所受的壓力或位移值。鋼弦的“繃緊”程度即是鋼弦的應力狀態，鋼弦應力與其共振頻率滿足公式

上式中：

f：鋼弦的頻率值

L：鋼弦長度

σ：鋼弦所受到的張拉應力

ρ：鋼弦材料的密度

對于已經制作完成的鋼弦傳感器，鋼弦的長度、鋼弦材料的密度為已知量，故此，鋼弦受到的張拉應力與鋼弦共振頻率有一一對應關系，張拉應力受到傳感器外部環境的影響(如壓力)而改變，從而通過頻率值即可計算出外部環境的值。

這類傳感器有兩種形式：一種是雙線圈，其中一個線圈是激振線圈，激振振弦讓鋼弦振動起來，另一個是拾振線圈，它是能把振弦的機械振動轉換為同頻率的感應電動勢的裝置；另一種是單線圈，這種傳感器激振線圈和拾振線圈為同一個線圈，激振和拾振分時進行，先激振，后拾振。單線圈振弦式傳感器使用中主要解決兩個問題：第一，激振方法，即用什么方法使振弦振起來；第二，拾振方法，包括拾振線圈中的微弱電動勢的拾取得到電動勢的頻率和頻率量測量兩部分。

振弦式讀數儀主要解決兩個問題：怎樣讓鋼弦振起來以及怎樣獲取鋼弦振起來后產生的頻率值。

振弦式原理是目前工程領域應用最為廣泛的一類傳感器，傳感器技術十分成熟，用量巨大，隨著科學技術的發展，信息化、自動化已成大勢所趨，但是目前還沒有用于實現振弦式傳感器方便的接入已有信息化采控設備的專業核心部件(模塊、轉換器)，使信息化進程不能迅速、科學、快速的實現。

發明內容

本實用新型的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種振弦式傳感器的讀取數據裝置，其集成度高、技術先進、體積小、接口多樣，可方便的接入到已有信息化網絡，實現從人工測試到全自動無人值守測試的快速轉變，同時還可在測量過程中對傳感器進行有效性檢測、信號質量綜合評價，大大降低人工投入和勞動強度、提高了測量效率，降低了振弦傳感器的應用難度。

本實用新型的技術解決方案是：這種振弦式傳感器的讀取數據裝置，其包括直流泵壓器、高壓采樣器、高壓開關、第一防雷器、低壓掃頻器、傳感器檢測采樣器、高壓阻尼器、第一溫度采集器、第二溫度采集器、濾波跟隨器、濾波放大器、檢波器、中央處理器MCU、電源、時鐘基準、數據存儲器、RTC實時時鐘、受控多路獨立電源、數字接口、模擬接口；

直流泵壓器與MCU、高壓采集器、高壓開關連接，在MCU控制下實現低電壓向高電壓轉換，其輸出的高電壓用于向振弦式傳感器發送高壓脈沖激勵信號；

高壓采樣器向MCU提供電壓信號；

高壓開關與MCU和直流泵壓器的高壓輸出線路連接，在MCU控制下，接通或切斷高壓線路與振弦式傳感器內的鋼弦線圈的連接；

第一防雷器與第二防雷器傳輸數據，第二防雷器連接振弦式傳感器；低壓掃頻器在MCU控制下，將直流低壓電流信號以一定規則傳輸給振弦傳感器的鋼弦線圈，低壓掃頻器的輸出信號在方波和正弦波之間進行切換；

高壓阻尼器的高壓側與第一防雷器、高壓開關連接，高壓阻尼器的低壓側與傳感器檢測采樣器、第一溫度采集器、濾波跟隨器、低壓掃頻器連接；

第一溫度采集器用于檢測振弦傳感器內的溫度傳感器，第二溫度采集器用于檢測時鐘基準的溫度傳感器，采集兩個溫度值，分別進行鋼弦自振頻率和時鐘基準受溫度影響的頻率修正；第二溫度采集器與時鐘基準電路安裝于電路板相同位置；

濾波跟隨器與高壓阻尼器、濾波放大器連接；