振弦式传感器的频率测量装置的制造方法

文档序号:10105103
振弦式传感器的频率测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及岩土工程、道路交通设施、大型楼宇等的健康监测技术领域,特别是应用于岩土工程、道路交通设施、大型楼宇等的安全监测仪器中的振弦式传感器的频率测量装置。
【背景技术】
[0002]在对岩土工程、道路交通设施、大型楼宇等的安全监测中,通常采用振弦式传感器等安全监测仪器监测岩土工程(或道路交通设施或大型楼宇)的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量,用以分析判断岩土工程(或道路交通设施或大型楼宇)的安全。振弦式传感器内部的钢弦的振动固有频率参量是最为关键的测量因子,目前测量钢弦的频率参量通常采用激振拾振的方法:采集终端首先向振弦式传感器发送单脉冲激励信号或扫频激励信号,向振弦式传感器馈入激励能量,使振弦式传感器内部的钢弦产生振动。撤销激励信号后,振弦式传感器的钢弦处于自由谐振状态,以特定的频率谐振,该谐振频率与振弦式传感器所测量的参量有特定的对应关系。采集终端再检测、处理振弦式传感器的谐振信号,得到其谐振频率,即钢弦的固有频率。
[0003]由于振弦式传感器本身个体差异性,及安装使用外围环境差异性,振弦式传感器的激励特性、谐振特性有较大的差异。经常需要对现场不同的传感器个体设定专门的激励信号特性及拾振过程参数,才可以可靠地获得振弦式传感器参量,对使用者有较高的技术要求,需要一种自适应的振弦式传感器激励及拾振技术来解决此类问题。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型针对现有技术需要对现场不同的传感器个体设定专门的激励信号特性及拾振过程参数才能可靠地获得振弦式传感器参量且对使用者有较高的技术要求等问题,提供一种振弦式传感器的频率测量装置,采用的激振装置能够根据振弦式传感器信号传输电缆长度不同自适应地调整激励信号振幅,拾振装置采用具有二极管嵌位的过零检测电路配合包络检波电路,实现动态截取质量较好的信号测量其频率,提高测量准确度。
[0005]本实用新型的技术方案如下:
[0006]—种振弦式传感器的频率测量装置,包括激振装置、开关电路和拾振装置,所述开关电路切换激振装置和拾振装置分别与振弦式传感器的连接,其特征在于,
[0007]所述激振装置按照信号的流向包括依次连接的扫频激励源、幅度调节电路、极性转换电路和桥式推挽功率放大电路,所述桥式推挽功率放大电路与开关电路相连;
[0008]所述拾振装置包括仪表放大器、二次放大电路、包络检波电路、具有二极管嵌位的过零检测电路、信号有效性处理电路和等精度测频电路,所述仪表放大器分别与开关电路和二次放大电路相连,所述二次放大电路分别连接过零检测电路和包络检波电路,所述过零检测电路连接等精度测频电路,所述包络检波电路连接信号有效性处理电路,所述信号有效性处理电路与等精度测频电路相连。
[0009]所述幅度调节电路包括数字电位器,所述扫频激励源输出单极性差分扫频激励信号分别连接至数字电位器的两个固定端,由数字电位器的调整端输出幅度调节后的单极性单端信号。
[0010]所述激振装置还包括等值电阻分压电路,所述等值电阻分压电路产生差分扫频信号的相对零点信号,所述等值电阻分压电路与极性转换电路相连;所述极性转换电路包括差分放大器和反相放大器,所述差分放大器与数字电位器相连并将数字电位器输出的幅度调节后的单极性单端信号作为差分正向输入以及将等值电阻分压电路输出的差分扫频信号的相对零点作为差分负向输入,所述差分放大器输出双极性单端扫频信号,所述反相放大器的输入端连接差分放大器的输出端,所述反相放大器的输出与所述差分放大器的输出共同构成双极性差分扫频信号输出。
[0011]所述具有二极管嵌位的过零检测电路包括隔直电容、比较器以及两组二极管嵌位电路,二次放大电路的输出端作为具有二极管嵌位的过零检测电路的输入端依次连接隔直电容和比较器,第一组二极管嵌位电路包括两个设置方向相反且并联连接的二极管,第一组二极管嵌位电路的一端从过零检测电路的输入端引出且第一组二极管嵌位电路的另一端接地,第二组二极管嵌位电路包括一正极接地且负极从过零检测电路的输出端引出的二极管。
[0012]所述拾振装置还包括前置高通滤波电路和二阶带通滤波电路,所述仪表放大器通过前置高通滤波电路与开关电路相连且所述仪表放大器通过二阶带通滤波电路与二次放大电路相连。
[0013]本实用新型的技术效果如下:
[0014]本实用新型涉及的振弦式传感器的频率测量装置,设置特定结构的激振装置与拾振装置,在激振装置中,扫频激励源发出单极性差分信号,并通过幅度调节电路进行调整振幅,根据振弦式传感器要求设定激励信号振幅基准,并输出单极性单端信号(或者说是单极性单端扫频信号),通过极性转换电路将单极性单端信号转换为双极性差分信号,并配合桥式推挽功率放大电路实现扫频信号功率放大,扩充了激励输出信号的动态范围,引入适度的正反馈,提升桥式推挽功率放大电路等效输出阻抗,实现激励振弦式传感器的扫频信号幅度随着振弦式传感器信号传输电缆长度不同自适应地调整激励信号振幅,补偿因振弦式传感器信号传输电缆阻抗引入的激励信号损耗。在拾振装置中,通过仪表放大器对振弦式传感器输出的谐振信号进行差分放大,并抑制振弦式传感器谐振信号中的共模干扰,配合具有二极管嵌位的过零检测电路,采用二极管对振弦式传感器谐振信号进行嵌位,避免振弦式传感器谐振信号振幅不同导致过零检测电路回差不一致性,由过零检测电路将振弦式传感器谐振信号整形成方波,并提供比较回差防止阈值以下噪声影响过零检测电路正常输出,输出信号采用二极管嵌位方式将双极性方波转换成单极性方波,通过包络检波电路配合信号有效性处理电路检测所获取的振弦式传感器谐振信号的振幅判断振弦式传感器谐振信号稳定区间、信号质量劣化区间,评估信号质量,动态截取质量较好的中段部分信号测频,提升频率测量的准确度,避免了现有技术需要对现场不同的传感器个体设定专门的激励信号特性及拾振过程参数才能可靠地获得振弦式传感器参量且对使用者有较高的技术要求等问题,本实用新型基于扫频激励方式激励振弦式传感器以及计数法等精度测量振弦式传感器谐振频率的原理,完全克服了现有技术的弊端,降低了对使用者的技术要求,能够自适应的用于现场不同的振弦式传感器激振和拾振,实现等精度的振弦式传感器的频率的可靠测量,提升了频率测量的准确度。
[0015]本实用新型的振弦式传感器的频率测量装置优选可以在拾振装置中设置前置高通滤波电路和二阶带通滤波电路,仪表放大器通过前置高通滤波电路与开关电路相连,采用前置高通滤波电路能够有效降低现场工频干扰,提升测量信号的信噪比;仪表放大器通过二阶带通滤波电路与二次放大电路相连,采用二阶带通滤波电路,有效过滤振弦式传感器谐振信号带外的干扰信号,进一步提高测量信号的信噪比,进一步提升了频率测量的准确度。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置的结构框图。
[0017]图2为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置的优选结构框图。
[0018]图3a为本实用新型的激励信号波形示意图,图3b为振弦式传感器的谐振信号波形示意图。
[0019]图4为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置中的激振装置的电路图。
[0020]图5为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置的开关电路和前置高通滤波电路的不意图。
[0021]图6为本实用新型振弦式
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