[發(fā)明專利]一種基于LVDT傳感器的運(yùn)動(dòng)方向判別系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910869133.5
• 申請(qǐng)日: 2019-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110906857A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李建國(guó);應(yīng)繼偉;焦迪;殷建國(guó);汪邦運(yùn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海菲伽智能科技有限公司
• 主分類號(hào): G01B7/16
• 分類號(hào): G01B7/16;G05B19/042;G08C17/02
• 代理公司: 上海點(diǎn)威知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31326
• 代理人: 姚志曉

本發(fā)明揭示了一種基于LVDT傳感器的運(yùn)動(dòng)方向判別系統(tǒng)，系統(tǒng)包括恒頻恒幅信號(hào)發(fā)生單元、通道選通及LVDT驅(qū)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)方向判別單元和微處理器單元，恒頻恒幅信號(hào)發(fā)生單元與通道選通及LVDT驅(qū)動(dòng)單元連接，通道選通及LVDT驅(qū)動(dòng)單元與運(yùn)動(dòng)方向判別單元連接，運(yùn)動(dòng)方向判別單元與微處理器單元連接，微處理器單元與恒頻恒幅信號(hào)發(fā)生單元連接；運(yùn)動(dòng)方向判別單元包括三個(gè)集成運(yùn)算放大器和一個(gè)集成比較器，LVDT傳感器雙端輸出響應(yīng)的兩個(gè)信號(hào)分別通過(guò)集成運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，兩個(gè)放大后的信號(hào)通過(guò)另一集成運(yùn)算放大器進(jìn)行比例差分，集成運(yùn)算放大器輸出信號(hào)作為由集成比較器構(gòu)成準(zhǔn)過(guò)零比較器的輸入信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬檢測(cè)儀器制造領(lǐng)域，涉及到一種基于LVDT傳感器的運(yùn)動(dòng)方向判別系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

目前，在工程建筑、橋梁、水庫(kù)大壩等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用著一種稱為振弦式的應(yīng)變傳感器。 振弦式應(yīng)變傳感器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，尤其在巖土工程領(lǐng)域得到了普遍應(yīng) 用。

然而，振弦式應(yīng)變傳感器也因其明顯的技術(shù)缺陷成為了引起業(yè)界廣泛爭(zhēng)論的議題。以拉 緊的金屬弦作為敏感元件的振弦式應(yīng)變傳感器，當(dāng)弦的長(zhǎng)度確定后，其固有振動(dòng)頻率的變化 量即可表證弦所受拉力的大小，通過(guò)一定的換算可得到頻率與受力間的一定關(guān)系。隨著對(duì)振 弦式應(yīng)變傳感器不斷深入研究分析，結(jié)合在工程中應(yīng)用的實(shí)際失效案例，振弦式應(yīng)變傳感器 其固有的物理缺陷也逐漸被揭示出來(lái)：1、振弦式應(yīng)變傳感器不適宜使用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。眾所 周知，任何物體在受到外力作用時(shí)都將發(fā)生變形；同時(shí)，任何物體在溫差發(fā)生變化的情況下 都會(huì)發(fā)生漲縮現(xiàn)象，振弦式應(yīng)變傳感器也無(wú)例外地受到上述因素影響。振弦式應(yīng)變傳感器的 振弦是被拉緊并固定在兩端彈性膜片上，因此，振弦的兩端均受到一定的張力和重力的疊加 影響；振弦不可避免地將發(fā)生形變。被拉緊的振弦其內(nèi)部分子間或離子間的相對(duì)位置將發(fā)生 蠕動(dòng)變化，同時(shí)產(chǎn)生原子間及分子間的附加內(nèi)力以抵消外力，并試圖恢復(fù)到形變前的狀態(tài)。 達(dá)到平衡時(shí)，附加內(nèi)力將與所受外力大小相等，方向相反。就理論而言，在載荷條件下，理 想的單晶體金屬材料的內(nèi)應(yīng)力在彈性極限范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生永久性塑變。然而，由于實(shí)際使用 的金屬材料屬于多晶結(jié)構(gòu)，因而存在著大量?jī)?nèi)部晶體缺陷；在溫差變化不大的場(chǎng)合，由于晶 體位相差異以及原子的近程擴(kuò)散作用，材料將發(fā)生微觀塑變；當(dāng)溫差增大時(shí)，材料內(nèi)部將出 現(xiàn)原子長(zhǎng)程擴(kuò)散及晶格位錯(cuò)滑移趨向劇烈的現(xiàn)象，隨著時(shí)間的推移，微觀塑變的不斷累積將 演化為宏觀塑變。金屬在彈性應(yīng)力范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生微觀塑變，可以從晶體內(nèi)位錯(cuò)近程滑移、溶 質(zhì)原子定向溶解、定向空位流、晶體滑動(dòng)等機(jī)理而獲得成功解釋。發(fā)生在金屬絲上的物理機(jī) 理同樣也會(huì)發(fā)生在振弦式應(yīng)變傳感器中兩端繃緊的振弦上。2、振弦式應(yīng)變傳感器溫度效應(yīng) 嚴(yán)重。由于振弦式應(yīng)變傳感器的線熱膨脹系數(shù)與材料、機(jī)械加工精度、形狀等關(guān)聯(lián)，因而， 使用前，需要對(duì)振弦式應(yīng)變傳感器進(jìn)行單體標(biāo)定和補(bǔ)償。3、振弦式應(yīng)變傳感器不適于使用 在復(fù)雜變形的測(cè)量場(chǎng)合。依據(jù)材料力學(xué)及彈性力學(xué)鋼體在受到外力作用時(shí)發(fā)生形變但體積不 變理論，如果鋼體在受到壓力時(shí)軸向?qū)l(fā)生壓縮形變，但遵循體積不變?cè)恚瑥较蚍较虮厝?會(huì)發(fā)生膨脹形變，徑向膨脹的效果與鋼體的形狀、材料有關(guān)，因此，徑向膨脹變化是沿軸向 的分布函數(shù)。如果軸向變化的分布函數(shù)不均勻，那么裝在鋼體上振弦式應(yīng)變傳感器中的振弦 將會(huì)發(fā)生扭曲現(xiàn)象，這可以折合成軸向的附加外力，導(dǎo)致振弦式應(yīng)變傳感器的測(cè)量不準(zhǔn)確。 因此，在使用振弦式應(yīng)變傳感器作工程應(yīng)力等檢測(cè)中屢有失效就不足為奇了。

在各種建筑工程中對(duì)應(yīng)變及應(yīng)力的監(jiān)測(cè)是十分重要的測(cè)量指標(biāo)，通過(guò)對(duì)建筑工程中所使 用的各種材料、基坑圍護(hù)中所使用的各種支撐在受力狀況下應(yīng)變或者應(yīng)力精確測(cè)定，客觀地 反映建筑構(gòu)件在受力狀況下的真實(shí)情況，為工程施工及使用運(yùn)行過(guò)程提供可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)， 因此，研究開(kāi)發(fā)一種精度高、與徑向變化無(wú)關(guān)、溫度系數(shù)小、自動(dòng)化程度高(無(wú)需人工干涉)、 數(shù)據(jù)交互便利的多通道自適應(yīng)自定標(biāo)高精度LVDT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及其測(cè)量方法是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

理想的工程微應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該是：1、測(cè)量數(shù)據(jù)精確可靠，2、為用戶提供便利的信息 交互方式，3、原則上無(wú)需人工干預(yù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的能量供應(yīng)，4、柔順的監(jiān)測(cè)頻度設(shè)置。