本发明涉及一种双振弦式应变计及其工作方法，具体涉及一种基于时分复用的双振弦式应变计及其工作方法。
背景技术：
结构的应力应变测试是工程人员了解结构受力状态、保证结构安全以及进行结构设计优化的一个重要的环节。振弦式应变计输出的信号是频率，且具有抗干扰性好、结构简单可靠、准确度高、重复性好、长期稳定性好等特点。由于振弦式应变计需要长期埋在结构内部，而且工作环境较为复杂，很难保证长期有效工作；另一方面，在实际应用过程中，其测量精度会受到测量时间的选取、环境温度及外来振动的干扰影响，导致数据的有效性降低。
振弦式应变计频率测量采用的是激振-拾振的工作方式，分为激振和拾振两个环节。传统的单振弦式应变计先激振，后拾振，二者之间有空闲时间。时分复用技术是将不同的信号交织在不同的时间段内，可以在同一个信道传输，能够实现同一信道传输多路信号。基于时分复用原理，通过延时模块实现在激振和拾振的空闲时间段中插入其他振弦的激振(拾振)实现时分复用，能够在相同的时间段内，有效提高测量频率。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服传统单振弦应变计现有技术的缺点，提供了一种基于时分复用的双振弦式应变计及其工作方法，该应变计及其工作方法能够实现分时复用，且具有测量精度高、采样频率高、抗干扰能力强及数据采集可靠的特点。
为达到上述目的，本发明所述的基于时分复用的双振弦式应变计包括第一固定装置、第二固定装置、第三固定装置、第一振弦、第二振弦、第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈，激励产生和控制模块及延时模块；
第一振弦固定于第三固定装置与第二固定装置之间，第二振弦固定于第二固定装置与第一固定装置之间；第一激振电磁线圈缠绕于第一振弦上，第二激振电磁线圈缠绕于第二振弦上，激励产生和控制模块通过延时模块与第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈分别相连接。
第一振弦与第二振弦的形状相同、材质相同、弹性模量相同。
第一振弦与第二振弦采用串联的连接方式。
延时模块的延时时间与第一振弦的长度成正比。
激励产生和控制模块产生的激励通过延时模块后对第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈进行激振。
本发明所述的基于时分复用的双振弦式应变计的工作方法包括以下步骤：
1)激励产生和控制模块产生激励信号；
2)激励信号通过延时模块延时后分别触发第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈，分别对第一振弦与第二振弦进行激振，其中，当第一振弦达到自由振动状态时，对第二振弦进行激振，当第二振弦处于自由振动状态时，第一振弦处于拾振状态，此时第一激振线圈作为拾振线圈采集第一振弦的振动信号，第一振弦拾振结束后，第二振弦进入拾振状态，利用第二激振电磁线圈拾取第二振弦的振动信号；
3)第一振弦的振动信号及第二振弦的振动信号由第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈拾取后经拾振电路处理，得第一频率信号及第二频率信号；
4)根据第一频率信号与第二频率信号的差异，得反馈信号，然后根据所述反馈信号控制激励信号的产生及输出，同时对延时模块进行调整，使得第一振弦与第二振弦分时协调工作。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于时分复用的双振弦式应变计及其工作方法在具体操作时，激励产生和控制模块通过延时模块、第一激振电磁线圈及第二激振电磁线圈使得第一振弦及第二振弦均产生振动信号，通过实现分时复用，有效的增加了应变量的测量频率。通过对两路振动信号的频率、振幅及衰减系数进行相关性处理，可有效降低测量时间、温度及外来振动等干扰因素的影响，提高应变测量的精度，保证数据的可靠采集。
另外，本发明中两个振弦在相同拉应力下，产生两组振动信号，这两组振动信号都能够反映当前结构应力变化，当一个振弦发生故障后，在激励产生和控制模块的作用下，根据应变计输出频率的反馈分量，对延时模块进行适时调整，关闭延时功能，另一根振弦仍能正常工作。此时的工作方式和传统的单振弦式应变计工作方式相同。保证了数据的可靠采集，使该双振弦式应变计能够长期有效的工作。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为传统应变计与本发明的时分比较图；
图3为本发明中延时模块8的示意图。
其中，1为第一激振电磁线圈、2为第二激振电磁线圈、3为第一振弦、4为第二振弦、5为第一固定装置、6为第三固定装置、7为第二固定装置、8为延时模块、9为激励产生和控制模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于时分复用的双振弦式应变计包括第一固定装置5、第二固定装置7、第三固定装置6、第一振弦3、第二振弦4、第一激振电磁线圈1及第二激振电磁线圈2，激励产生和控制模块9及延时模块8；第一振弦3固定于第三固定装置6与第二固定装置7之间，第二振弦4固定于第二固定装置7与第一固定装置5之间；第一激振电磁线圈1缠绕于第一振弦3上，第二激振电磁线圈2缠绕于第二振弦4上，激励产生和控制模块9通过延时模块8与第一激振电磁线圈1及第二激振电磁线圈2分别相连接。
第一振弦3与第二振弦4的形状相同、材质相同、弹性模量相同；第一振弦3与第二振弦4采用串联的连接方式，延时模块8的延时时间与第一振弦3的长度成正比，当停止向电磁线圈施加激励信号时，电磁力克服振弦的惯性使振弦获得一个速度，而速度与振弦的长度成正比，当振弦以此初始速度振动时，切割磁感线产生感动电动势，由于阻尼的存在，初始速度越大，振弦自由振动振幅衰减的时间也就越长。
本发明所述的基于时分复用的双振弦式应变计的工作方法包括以下步骤：
1)激励产生和控制模块9产生激励信号；
2)激励信号通过延时模块8延时后分别触发第一激振电磁线圈1及第二激振电磁线圈2，分别对第一振弦3与第二振弦4进行激振，其中，当第一振弦3达到自由振动状态时，对第二振弦4进行激振，当第二振弦4处于自由振动状态时，第一振弦3处于拾振状态，此时第一激振线圈1作为拾振线圈采集第一振弦3的振动信号，第一振弦3拾振结束后，第二振弦4进入拾振状态，利用第二激振电磁线圈2拾取第二振弦4的振动信号；
3)第一振弦3的振动信号及第二振弦4的振动信号由第一激振电磁线圈1及第二激振电磁线圈2拾取后经拾振电路处理，得第一频率信号及第二频率信号，所述第一频率信号及第二频率信号能够反映应变的大小；
4)根据第一频率信号与第二频率信号的差异，得反馈信号，然后根据所述反馈信号控制激励信号的产生及输出，同时对延时模块进行调整，使得第一振弦3与第二振弦4分时协调工作。
激励产生和控制模块9产生的激励信号经延时模块8后间歇触发第一激振电磁线圈1和第二激振电磁线圈2，通过第一激振电磁线圈1及第二激振电磁线圈2对第一振弦3及第二振弦4进行激振，即当第一振弦3达到自由振动状态时，对第二振弦4进行激振，当第一振弦3拾振结束后，对第二振弦4进行拾振，然后对第一振弦3接着进行激振，以此循环，实现分时工作，能够在相同的时间内，有效增加采样频率。
通过激励产生和控制模块9测量相同拉应力下第一振弦3及第二振弦4的振动信号；然后将测量得到的第一振弦3及第二振弦4产生的振振动信号的参数进行对比及相关性处理，所述振动信号的参数包括频率、幅度及衰减系数，所述相关性处理是指数据的加减乘除、根据实验获得的应力相关函数、平滑滤波等计算，能够有效提高应变应变测量的采样频率和精度，降低测量时间选取、温度、外来振动等引起的干扰。
激励产生和控制模块9测量相同拉应力下第一振弦3及第二振弦4的振动信号参数，能够有效的增加振动信号的采样频率，提高应变测量的精度，同时还可以保证数据采集的可靠性，即当一根振弦故障不能正常工作时，另一根振弦仍能正常工作。