传感器的频率测量装置的拾振装置中的仪表放大器的电路不意图。
[0022]图7为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置的拾振装置中的二阶带通滤波电路不意图。
[0023]图8为本实用新型振弦式传感器的频率测量装置的拾振装置中的二次放大电路、包络检波电路以及具有二极管嵌位的过零检测电路的示意图。
[0024]图中各标号列示如下:
[0025]1 一包络检波输出线；2 —信号稳定临界点；3 —信号劣化临界点；4 一有效信号段；5 —叠加干扰信号；6 —扫频激励源；7 —数字电位器；8 —反相放大器；9 一差分放大器；10 —桥式推挽功率放大电路；11 一等值电阻分压电路；12 —开关电路；13 —前置尚通滤波电路；14 一二次放大电路；15 —过零检测电路；151 —第一组二极管嵌位电路；152 —第二组二极管嵌位电路；153 —隔直电容；154 —比较器；16 —包络检波电路。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型进行说明。
[0027]本实用新型公开了一种振弦式传感器的频率测量装置，其结构如图1所示，包括激振装置、开关电路和拾振装置，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，在激振阶段开关电路接通激振装置与振弦式传感器的连接，在拾振阶段开关电路接通拾振装置振弦式传感器的连接。其中，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，桥式推挽功率放大电路与开关电路相连；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，仪表放大器分别与开关电路和二次放大电路相连，二次放大电路分别连接过零检测电路和包络检波电路，过零检测电路连接等精度测频电路，包络检波电路连接信号有效性处理电路，信号有效性处理电路与等精度测频电路相连。
[0028]本实用新型的开关电路可采用电子开关接通或关断激振装置、拾振装置。开始测量时，先关闭拾振装置，开通激振装置，将激振装置产生的激励信号馈入振弦式传感器，使振弦式传感器的钢弦谐振；然后关闭激振装置，开通拾振装置，由拾振装置对振弦式传感器输出的谐振信号进行处理，基于频率计数法通过等精度测量方式测得振弦式传感器输出信号的频率。在激振装置中，扫频激励源发出单极性差分扫频信号，由幅度调节电路进行幅度调节后输出幅度调整后的单极性单端信号，再经过极性转换电路对单极性单端信号进行极性转换输出双极性差分扫频信号，然后通过桥式推挽功率放大电路将双极性差分扫频信号施加至振弦式传感器并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，实现激励信号的自适应调整。在拾振装置中，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和抑制共模干扰，并通过二次放大电路进行二次线性放大，提升信号过零斜率，经过二次线性放大后的信号同时输入至包络检波电路和具有二极管嵌位的过零检测电路，经过二次放大后的信号进入具有二极管嵌位的过零检测电路先由二极管嵌位的方式对信号限幅再进行带回差的过零检测，将信号转换为便于等精度测量的数字方波信号；经过二次线性放大后的信号还进入包络检波电路检测信号的幅值再由信号有效性处理电路进行信号有效性处理，评估信号质量，根据信号幅值大小变化，丢弃前期未稳定的信号部分以及后期过度衰减的信号部分，动态截取质量较好的中段部分信号输入等精度测频电路，等精度测频电路同时根据过零检测的结果以及信号有效性处理的结果基于频率计数法进行等精度测频从而得到振弦式传感器的谐振频率。
[0029]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。在优选的频率测量装置中，激振装置中的扫频激励源可设置在微控制器MCU中，拾振装置中的信号有效性处理电路和等精度测频电路也可以设置在微控制器MCU中。具体地，可以由采集终端内MCU的两路ΡΙ0(并行输入输出接口)接口输出单极性差分扫频逻辑信号(3.3VCM0S逻辑电平信号)，激励信号波形如图3a所示。激振装置的电路图如图4所示，MCU+SWP以及MCU-SWP即为扫频激励源6的单极性差分扫频逻辑信号输出，幅度调节电路可采用图4中的标号RW所示的数字电位器7，扫频激励源6输出单极性差分扫频激励信号分别连接至数字电位器7的两个固定端，由数字电位器7的调整端输出幅度调节后的单极性单端信号，优选可以通过MCU控制数字电位器，即激励信号大小可由MCU控制数字电位器调整，根据振弦式传感器要求设定激励信号振幅基准，调整单极性差分扫频信号振幅，形成幅度可调的单极性单端信号(产生扫频信号振幅基准)。如图2和图4所示，激振装置优选还包括等值电阻分压电路11，采用等值电阻分压方式对MCU使用的供电电压(3.3V)分压，产生差分扫频信号的相对零点信号(1.65V)，等值电阻分压电路11与极性转换电路相连。极性转换电路包括增益均为1的差分放大器9和反相放大器8，差分放大器9与数字电位器7相连并将数字电位器7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11输出的差分扫频信号的相对零点作为差分负向输入，差分放大器9输出双极性单端信号，反相放大器8的输入端连接差分放大器9的输出端，反相放大器8的输出端输出与差分放大器9输出共同构成双极性差分扫频信号。桥式推挽功率放大电路10由主要采用双路驱动功率运算放大器，对双极性差分扫频信号进行放大，实现扫频信号功率放大，扩充了激励输出信号的动态范围(输出激励信号可增大一倍动态范围)，桥式推挽功率放大电路10还增加激励电流信号正反馈，提升其等效输出阻抗，根据振弦式传感器信号传输电缆长度不同(或者说是根据负载阻抗不同)自适应地调整输出激励信号振幅，抵消(或者说是补偿)振弦式传感器信号传输电缆线路阻抗引入的激励信号损耗。如图3a所示激励信号的波形，其输出信号的振幅随振弦式传感器信号传输电缆阻抗增大而增大。
[0030]如图2所示实施例的拾振装置中的各组件的电路图为图5—图8所示。该实施例的拾振装置优选还采用了前置高通滤波电路和二阶带通滤波电路，如图2所示，开关电路依次连接前置高通滤波电路、仪表放大器、二阶带通滤波电路和二次放大电路，振弦式传感器的谐振信号波形如图3b所示，振弦式传感器输出的谐振信号先经过前置高通滤波电路，电路图如图5所示，开关电路12的FRQ_0UT和C0M_0UT端均为从振弦式传感器的输入信号，前置高通滤波电路13采用二阶无源高通滤波器初步过滤现场环境中的工频干扰信号，对50Hz工频干扰提供超过30dB额外衰减，提升测量信号的信噪比。再进入仪表放大器，其电路图如图6所示，采用仪表放大器对振弦式传感器谐振信号进行差分100倍放大，并抑制振弦式传感器谐振信号中的共模干扰，输出适合后级二阶带通滤波电路幅值的信号。图6所示的仪表放大器的增益与R73设置为511欧有关，也可以将R73设置为其它值。二阶带通滤波电路的电路图如图7所示，使用高通、低通SALLEN-KEY有源滤波器(如图7所示的A和B)串联构成二阶带通滤波电路，该电路图的二阶带通滤波电路的通带频率范围是450Hz—6500Hz，过滤振弦式传感器谐振信号有效频带以外的干扰信号，进一步提高测量信号的信噪比，更加提升了频率测量的准确度。再由二次放大电路将二阶带通滤波电路的输出信号再次进行线性放大，如图8所示电路图，二次放大电路14能够提升信号过零时斜率，以便于后级过零检测电路15对信号进行整形、包络检波电路16检测信号的幅值。
[0031]过零检