一种振弦式传感器测读仪的制作方法与工艺

本发明涉及一种振弦式传感器测读仪，属于工程测量的技术领域。

背景技术：
振弦式传感器是一种将其它物理量，比如压强、扭矩等，转化为频率的传感器。振弦式传感器直接输出的是振弦的振荡频率信号，因此具有抗干扰能力强、受电参数影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点，从而在工程上得到了广泛的应用。振弦式传感器的工作过程是：先使其激振，再接收其返回的频率信号，测取谐振频率，最后经由标定公式运算以获取要测量的对应物理量。目前用于测量振弦式传感器的测读仪只能简单地测量频率，或者辅以测量温度来进行校正，比如申请公布号为CN102426052A的发明专利。然而测量者真正关心的并不是直接测量所得的频率值以及温度值，而是以此推算出的物理量值。因而，测量人员往往还需要纸笔记录下测量值，查参数表获取相应参数，再利用标定公式运算，最终获得所需物理量值。然而，在一项工程中，往往有上百个传感器，并且几乎每天都需要一到二次测量，因而这种测量方式会消耗大量的时间和精力。此外，现有的工具不能有效管理设有大量测量点的大规模工程的测量。公告号为CN102401692A的发明专利在多测量点的工程上为每一测量点设置了单独通道，但是通道数目有上限。而且，测量上所用到的振弦式传感器组成的参数表和测量记录，往往存储在纸质表格或者计算机电子表格上，与测读仪分离，无法在测量时查阅分析。

技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种振弦式传感器测读仪，目的在于利用振弦式传感器实时直接测取物理量值，并可用于大型工程测量中对传感器和测量记录进行管理。本发明的技术方案如下：一种振弦式传感器测读仪,包括以单片机为控制中心的数据采集终端和上位 机；所述数据采集终端，包括激振电路、信号放大整形电路、温度采集电路、单片机和信号传输电路；所述激振电路，采用高压的方法使振弦式传感器产生谐振，优选的高压为120V；所述信号放大整形电路，将振弦式传感器输出的频率信号放大并整形；所述温度采集电路，测量带有温度修正的振弦式传感器的负特性热敏电阻的阻值，并向单片机输出A/D采样后的阻值数据；所述单片机内置有频率测量模块和温度测量模块，用于控制激振电路、采集信号放大整形电路输出的信号和温度采集电路输出的信号，并计算得到所测温度和频率值；所述信号传输电路，将所述单片机计算得到的所测温度和频率值数据传给上位机；所述上位机内置工程管理模块。根据本发明优选的，所述的单片机内置的频率测量模块，工作步骤如下：(1)单片机初始化，包括外部中断的初始化、定时器的初始化和外设接口的初始化；(2)设定自动调档共M个档位，从小到大依次为N1,N2,...,NM；设定最小计数阈值为nr，设定计时器的计时时间间隔Tc；(3)初始化当前档位序号i＝1，档位值为Ni；(4)单片机控制高压发生电路产生高压，激振振弦式传感器；(5)信号放大整形电路，将振弦式传感器输出的频率信号放大并整形，获得被测方波信号；(6)打开单片机外部中断和计时器，中断采用边缘触发方式，方波信号上升沿或下降沿触发中断，中断计数器开始对被测方波信号周期进行计数，值为N；计时器开始对时间间隔Tc计数，值为n；(7)计数器计数到N＝Ni+1，即第Ni+1次外部中断时，关闭计时器和计数器；此时计时器的计数值为n，即总计时时长为nTc；(8)判断计时器的计数值n和最小计数阈值nr的大小，若n小于nr，则进入步骤(9)，否则进入步骤(10)；(9)调大档位序号，即i＝i+1，改变相应档位值为Ni，转步骤(6)；(10)计算被测频率其中N为被测方波信号周期的计数值，Tc为设定的单片机计时器的计时时间间隔，n为单片机计时器计数值。所述的单片机内置的温度测量模块，工作步骤如下：(1)负特性热敏电阻的电阻值经A/D转换电路输入到单片机；(2)由拟合公式获得温度值其中R为实测热敏电阻阻值，参数A、B、C依靠温度阻值对照表拟合获得。根据本发明优选的，所述的上位机内置的工程管理模块，其工作步骤如下：(1)创建工程；(2)创建参数表数据库和实测值数据库；所述参数表数据库，用于存储已知参数，每条记录包含传感器编号、传感器标定频率系数K、传感器标定频率模数初值F0、传感器标定温度修正系数b、传感器标定温度初值T0、振弦式传感器的振弦数目、热敏电阻标称阻值；所述实测值数据库，用于保存和查看测量所获数据，每条记录包括传感器编号、实测频率、实测频率模数值、实测温度值、实测物理量值、测量时间、附注信息；(3)打开工程，选择所需功能：若选择“测量”功能，则进入步骤(4)-(8)；若选择“查看历史记录”功能，则进入步骤(9)-(10)；若选择“参数表维护”功能，则进入步骤(11)-(12)；(4)进入测量界面，选取所测振弦式传感器的编号；(5)读取单片机数据，获得实测频率值f和实测温度值T，并计算频率模数值F＝f2/1000；(6)根据传感器编号查找参数表数据库，获取振弦式传感器参数，包括：传感器标定频率系数K、传感器标定频率模数初值F0、传感器标定温 度修正系数b、传感器标定温度初值T0；(7)由振弦式传感器的标定公式P＝K(F-F0)+b(T-T0)计算相应物理量的值，其中，K是传感器标定频率系数、F0是传感器标定频率模数初值、b是传感器标定温度修正系数、T0是传感器标定温度初值、F为实测频率模数值和T代表实测温度；(8)测量记录保存到实测值数据库中；(9)选择记录文件；(10)显示记录文件；(11)打开参数表数据库；(12)添加或修改参数表。与现有技术方案相比较，本发明有以下的优点：1、测量结果准确稳定，测频范围宽。采用新的测频方案，按信号频率自适应调整测频档位，可获得更高的测频分辨。2、测量物理量的自动运算显示。在建立工程时可同时创建参数表，从而在测量过程中，显示频率、频率模数以及温度值的同时，在上位机上实时运算并显示所测的相应物理量值。3、完整的数据信息。每一条数据都含有点号、传感器类型、测量参数、测量时间、测量值与运算所得物理量值等信息，数据全面，并能有效地体现物理量的变化过程。4、高效的数据管理。依靠数据库技术，可以高效统一地管理大规模工程上各测量点的传感器参数，精准地查询测量数据，并可对数据条目删除及修改校正。附图说明图1、本发明所述一种振弦式传感器测读仪的结构图；图2、本发明所述单片机内置的频率测量模块流程图；图3、本发明所述上位机内置的工程管理模块的流程图。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。实施例1、如图1所示，本发明所述一种振弦式传感器测读仪，包括以单片机为控制中心的数据采集终端A和控制测量及处理数据的上位机B，数据采集终端与上位机通过串口通信协议进行通信。所述的以单片机为控制中心的采集终端包括单片机1、激振电路2、信号放大整形电路4、温度采集电路5和信号传输电路6；所述单片机1选用MSP430F148芯片，可有效地降低功耗。所述激振电路2含有高压发生电路和由可控硅组成的放电网络，采用高压激振的方式激振工程现场安装的振弦式传感器3。优选的测量周期为1.5s：其中1s提供给高压发生电路，使其有足够时间产生高压，优选高压为120V；余下的0.5s控制放电电路放电产生高压脉冲使振弦式传感器起振。所述信号放大电路4是由集成运算放大器组成的滤波放大网络，用于实现对振弦式传感器的激振反馈信号进行超高倍放大，输出方波信号。所述温度采集电路5采集负温度系数热敏电阻的A/D采样值。所述信号传输电路6是上位机和单片机的通信接口，由PL2303HXD芯片将串行信号从TTL形式转换为USB信号，采用串口协议传输采集的数据，包括所测频率值和温度值。所述的单片机内置频率测量模块和温度测量模块。所述的单片机内置的频率测量模块，如图2所示，工作步骤如下：(1)单片机初始化，包括外部中断的初始化、定时器的初始化和外设接口的初始化；(2)设定自动调档5个档位，分别为：档N1＝120、档N2＝240、档N3＝480、档N4＝975和档N5＝1980，对应的测频范围分别为：350～610.3Hz、610～1220.7Hz、1220～2441.4Hz、2440～4959.1Hz和4959～8000Hz。设定计时器的计时时间间隔Tc，优选1us，设定最小计数阈值为nr，参考计数值为0x30000(十六进制数)；(3)初始化当前档位号i＝1，相应的档位值为120；(4)单片机控制高压发生电路产生高压，激振振弦式传感器；(5)信号放大整形电路，将振弦式传感器输出的频率信号放大并整形， 获得被测方波信号；(6)打开单片机外部中断和计时器，中断采用边缘触发方式，方波信号上升沿或下降沿触发中断，中断计数器开始对被测方波信号周期进行计数，值为N；计时器开始对时间间隔Tc计数，值为n；(7)计数器计数到N＝Ni+1，即第Ni+1次外部中断时，关闭计时器和计数器。此时计时器的计数值为n，即总计时时长为nTc；(8)比较计时器的计数值n和最小计数阈值nr＝0x30000(十六进制数)的大小，若n小于nr，则进入步骤(9)，否则进入步骤(10)；(9)调大档位序号,即i＝i+1，改变相应档位值为Ni，转步骤(6)；(10)计算被测频率其中N为被测方波信号周期的计数值，Tc为设定的单片机计时器的计时时间间隔，n为单片机计时器计数值。所述的单片机内置的温度测量模块，工作步骤如下：(1)负特性热敏电阻的电阻值经A/D转换电路输入到单片机；(2)由拟合公式获得温度值其中R为实测热敏电阻阻值，参数A、B、C依靠温度阻值对照表拟合获得。所述上位机B是带有OTG功能的Android平板电脑。上位机内置的工程管理模块，是基于Android智能系统的应用程序。数据库管理采用的是Android系统中嵌入的SQLite核心模块。所述的上位机内置的工程管理模块，如附图3所示，其工作步骤如下：(1)创建工程；(2)创建参数表数据库和实测值数据库；所述参数表数据库，用于存储已知参数，每条记录包含传感器编号、传感器标定频率系数K、传感器标定频率模数初值F0、传感器标定温度修正系数b、传感器标定温度初值T0、振弦式传感器的振弦数目、热敏电阻标称阻值；所述实测值 数据库，用于保存和查看测量所获数据，每条记录包括传感器编号、实测频率、实测频率模数值、实测温度值、实测物理量值、测量时间、附注信息；(3)打开工程，选择所需功能：若选择“测量”功能，则进入步骤(4)-(8)；若选择“查看历史记录”功能，则进入步骤(9)-(10)；若选择“参数表维护”功能，则进入步骤(11)-(12)；(4)进入测量界面，选取所测振弦式传感器的编号；(5)读取单片机数据，获得实测频率值f和实测温度值T，并计算频率模数值F＝f2/1000；(6)根据传感器编号查找参数表数据库，获取振弦式传感器参数，包括：传感器标定频率系数K、传感器标定频率模数初值F0、传感器标定温度修正系数b、传感器标定温度初值T0；(7)由振弦式传感器的标定公式P＝K(F-F0)+b(T-T0)计算相应物理量的值，其中，K是传感器标定频率系数、F0是传感器标定频率模数初值、b是传感器标定温度修正系数、T0是传感器标定温度初值、F为实测频率模数值和T代表实测温度；(8)测量记录保存到实测值数据库中；(9)选择记录文件；(10)显示记录文件；(11)打开参数表数据库；(12)添加或修改参数表。实施例2、如实施例1所述的一种振弦式传感器测读仪，其区别在于，所述的上位机B选用有蓝牙通讯方式的Android智能手机，所述的测量终端A设有蓝牙通信模块，由电池方式供电。