专利名称：桥梁应变力智能检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应变力检测仪，特别涉及一种同时适用于静载和动载条件下的用于桥梁应变力检测的智能检测仪。
背景技术：
桥梁应变量是衡量桥梁承载能力和运行质量的关键性指标。无论在静载(即桥梁上车辆静止不动)或动载条件下，当桥梁的钢筋内部应变量超过最大允许值时，如果不能及时发现和整治，一旦车辆行经桥梁就会十分危险，甚至发生梁断车毁的灾难性事件。
传统的桥梁应变量测量所使用设备还包括应变仪、巡回检测仪和微机，相关机械部件较多，结构复杂，体积大，搬运和使用极不方便；并且静载的应变值、动载的应变量测量，须要分别进行。静载应变值测量采用双桥串联结构的直流半桥电桥，用“零点测读法”测量。即其中一个为测量电桥(由两个应变片和两个标准电阻构成半桥)，另一个为读数电桥(由4个手动电位器构成)。加载前读数电桥的“初值”零点和“加载”后的再读零点都是通过手工调节。动载时应变量的测量电桥为交流电桥，由于动载下桥梁结构变形，电桥失去平衡，其输出电平随时间变化，无法使用静载测量的“零点测读法”来测量动态应变量，其测量误差较大，精度较低。而且，动载时采用交流电桥使仪器的电路设计变得十分复杂。
实用新型的技术内容 本实用新型是为了解决上述缺陷而设计的，其目的是提供一种测量精度高、电路设计更为简单、通用性好、能够自动调零、同时自动检测静载应变值和动载应变量的桥梁应变力智能检测仪。
本实用新型的技术方案桥梁应变力智能检测仪主要包括压力传感器、测量电桥、调零电桥、程控放大电路、微处理器、键盘、液晶显示器、微型打印机和USB接口等；压力传感器的输出端与测量电桥的输入端相连，测量电桥的输出端与程控放大器的输入端相连；微处理器的一个输入端与程控放大器的输出端相连，微处理器的另一输入端与键盘连接；微处理器的一个输出端与调零电桥的输入端相连，调零电桥的输出端与测量电桥的另一输入端相连；微处理器另有三个输出端分别与液晶显示器、微型打印机和USB接口连接；测量前，调零电桥自动回至平衡位置；当桥梁应变力发生变化时，通过压力传感器输出信号，经测量电桥检测、程控放大器放大，将信号送入微处理器进行A/D变换及运算处理，处理后的应变量可通过液晶显示器显示，微型打印机打印并经USB接口与上位机实现通信。
本实用新型的有益效果其创新技术在于该检测仪采用同一个测量电桥分别完成静载应变值和动载条件下的桥梁应变量的检测，使电路设计更为简单、通用性好；并实现了调零电桥自动调零，程控放大电路采取零点漂移自动调节和自动增益控制等措施，扩大了检测范围，保证了测量结果的精确度和可靠性。
(1)静载、动载通用 静载测量前，调零电桥的数字电位器在程序控制下自动置于中心位置，电桥处于平衡状态；加载后，电桥失去平衡。程控放大电路在加载前后，分别将测量电桥与调零电桥输出电压之差值作为“初值”和“加载值”进行放大并送入微处理器。微处理器由“初值”和“加载值”之差及相应的关系式即可得出本次静载下的变化量。多次自动测试，取其平均值即为静载作用下的应变值。
动载测量前，调零电桥自动回到平衡位置。程控放大电路将此时的测量电桥的偏移输出量进行放大后送入微处理器；加载过程中，微处理器不断自动记录下车辆行进过程中若干的加载值；加载后，选取这些加载值中的最大值并与测量电桥的初始偏移输出量(初值)相减即为实际最大应变量。
(2)检测范围广，测量精度高调零电桥自动调零，能够有效地克服零点漂移问题，克服了原有手动调零的麻烦与不准确，保证了测量结果的精确度和可靠性；程控放大电路采用精密放大器，并通过微处理器实现自动增益控制，从而扩大了仪器的检测范围。
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明
图1是本实用新型的工作原理方框图；图2是本实用新型的电路图；图3是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
实施例 如图1所示，本实用新型它主要包括压力传感器、测量电桥、调零电桥、程控放大电路、微处理器、键盘、液晶显示器、微型打印机和USB接口等；压力传感器的输出端与测量电桥的输入端相连，测量电桥的输出端与程控放大器的输入端相连；微处理器的一个输入端与程控放大器的输出端相连，微处理器的另一输入端与键盘连接；微处理器一个输出端与调零电桥的输入端相连，调零电桥的输出端与测量电桥的另一输入端相连；微处理器另有三个输出端分别与液晶显示器、微型打印机和USB接口连接；测量前，调零电桥自动回至平衡位置；当桥梁应变力发生变化时，压力传感器的输出信号经测量电桥检测、程控放大器放大，将信号送入微处理器进行A/D变换、运算处理，得出相应的应变量，该应变量可通过液晶显示器显示，微型打印机打印并经USB接口与上位机实现通信。
如图2所示，测量电桥采用半桥式，静态测量和动态测量用同一个电桥完成，使电路的设计更为简单。压力传感器采用应变片，测量电桥在微处理器控制下，选择相应的应变片作为被测对象，对应变片进行应变量测量。测量电桥主要由多路开关(IC1、IC2)、应变片S0～S15、温度补偿应变片S16、标准无感线绕电阻R1和R2，反相器IC3等构成，其中，多路开关IC1、IC2由两片CD4051芯片并联构成16路通道，用于通道选择，一个通道对应一个测量电桥；温度补偿应变片S16和线绕电阻R2为16路通道所共用；反相器IC3选用74LS00。
调零电桥受微处理器控制，能够根据测量电桥的变换情况，自动进行调零。调零电桥采用集成数字电位器AD8402(IC4)，其SDI、CLK、CS端分别与单片机的P1.0、P1.1、P1.2相连，以实现单片机对集成数字电位器AD8402的控制。
程控放大电路将测量电桥与调零电桥输出的电压差进行放大并输入微处理器。程控放大电路采用AD526(IC5)，其A0、A1、A2端分别与单片机的P0.0、P0.1、P0.2相连，便于完成量程自动转换，从而实现运算放大器的程控放大和自动调零。
微处理器是整个系统的控制核心，用来接收键盘和程控放大电路输入的数据，或者向液晶显示器和微型打印机输出数据，或者通过USB接口与上位机通信；键盘用于人为向微处理器输入控制命令；液晶显示器和微型打印机分别用来显示和打印数据；USB接口用于微处理器与上位机通信。微处理器(IC6)选用Cygnal F005单片机；键盘包括4个按键，分别为设置、增1、确认和打印键，4个按键分别与Cygnal F005的P2.0～P2.3引脚相连；液晶显示器(IC7)采用LCD6963芯片，其数据线D0～D7分别与Cygnal F005的P3.0～P3.7相连、控制线E，RW，RS与P0.5～P0.7相连；微型打印机采用uP-40A，它通过(IC8)MAX232电平转换后，MAX232的R2 OUT引脚(9脚)、T2IN引脚(10脚)分别与CygnalF005的P0.3和P0.4引脚相连；USB接口采用PDIUSBD12(IC9)芯片，其数据线D0～D7分别与Cygnal F005的P3.0～P3.7相连、控制线ALE(10脚)、CS(11脚)、WR(16脚)、RD(15脚)分别与Cygnal F005的P2.4～P2.7相连，通过VOUT、D+和D-引脚实现Cygnal F005与上位机的通信。
如图3所示上电复位后，首先从键盘接收设置命令，选择被测应变片，读入并记录电桥的测量初值；再次读入值，判断初值变否；对静载测量，记录加载值，在延时后判断加载是否已完成，加载完成后所记录的最后一次值即为加载值，根据初值和加载值之差计算变化量，经多次自动测试，用若干变化量计算其平均值即为静载作用下的应变值，并显示打印应变值；对于动载测量，不断记录加载值，直到加载完成，将所有记录的加载值进行比较并选出其中的最大值，根据最大值和初值计算并显示打印应变量；一次测加载完成后，等待接收下次设置命令，如此往复。
在使用桥梁应变力智能检测仪进行测量时，需将应变片置于桥梁下，并与桥梁紧密接触。“设置”键和“增1”键配合使用。按下“设置”键进入设置窗口，利用“增1”键可对时间、日期和桥号进行设置，设置完成后按下“确认”键进行确认。“确认”键为复用键，需要测量时，先按下“确认”键再进行测量，测量结束后再次按下“确认”键以确定测量完成，液晶显示器显示测量结果。按下“打印”键即可打印应变量。
权利要求1.一种新型桥梁应变力智能检测仪，其特征在于它主要包括压力传感器、测量电桥、调零电桥、程控放大电路、微处理器、键盘、液晶显示器、微型打印机和USB接口等；压力传感器的输出端与测量电桥的输入端相连，测量电桥的输出端与程控放大器的输入端相连；微处理器的一个输入端与程控放大器的输出端相连，微处理器的另一输入端与键盘连接；微处理器的一个输出端与调零电桥的输入端相连，调零电桥的输出端与测量电桥的另一输入端相连；微处理器另有三输出端分别与液晶显示器、微型打印机和USB接口连接；测量前，调零电桥自动回至平衡位置；当桥梁应变力发生变化时，通过压力传感器输出信号，经测量电桥检测、程控放大器放大，将信号送入微处理器进行A/D变换及运算处理，处理后的应变量可通过液晶显示器显示、微型打印机打印并经USB接口与上位机实现通信。
专利摘要本实用新型公开了一种桥梁应变力智能检测仪，解决了原需部件多、体积大，搬运使用不方便，精度低，静动载分别测量等问题。技术方案压力传感器的输出端与测量电桥的输入端相连，测量电桥的输出端与程控放大器的输入端相连；微处理器的一个输入端与程控放大器的输出端相连，微处理器的另一输入端与键盘连接；微处理器一个输出端与调零电桥的输入端相连，调零电桥的输出端与测量电桥的另一输入端相连；微处理器另有三个输出端分别与液晶显示器、微型打印机和USB接口连接。通用性好、检测范围广、测量简便、精度高，可同时自动检测静载应变值和动载应变量，为桥梁检测提供了一种便捷有效、完全智能化的测量仪器。
文档编号G01L1/20GK201193944SQ20082007441
公开日2009年2月11日 申请日期2008年4月15日 优先权日2008年4月15日
发明者松 刘, 崔雁松, 刘南平 申请人:天津电子信息职业技术学院