一种无线应变片传感器

本发明涉及应变传感器，特别是涉及一种无线应变片传感器。

背景技术：

1、应变片是一种常用的应变测量传感器，主要应用于应变、应力、速度和加速度等参数的测量，传统的应变片使用时，需要粘贴固定于被测试件表面，应变片中的敏感栅随被测试件受力变形而产生应变，导致敏感栅电阻发生变化，将敏感栅两端用导线引出测量其阻值的变化，即可计算出对应的应变值，进而获得应变、应力、速度和加速度等信息。

2、传统的应变测量传感器通常需要导线将敏感栅两端与测量电路连接，敏感栅附着固定于被测物体，测量电路处于被测物体附近，属于有线测量方式。连接导线的存在会影响测量的灵活性和方便性，特别是被测物体处于连续旋转状态时连接导线会发生缠绕，连接导线会严重影响被测物体的正常运行，同时，由于处于封闭环境下的被测物体无法连接测量导线，所以也就无法实现应变信息的测量。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种无线应变片传感器，该装置采用无线测量的方式，避免了当被测物体处于封闭状态、移动跨度较大或连续旋转状态时测量不便的问题，提高了应变片传感器测量的灵活性和便捷性。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种无线应变片传感器，包括：从上至下依次设置的柔性电路板、柔性软磁层、盖片、敏感栅和基底；所述柔性电路板包括：柔性底板以及设置在所述柔性底板上的应变测量电路、信号处理电路和天线；

4、所述敏感栅的一端通过第一引线与所述应变测量电路的第一输入端连接；所述敏感栅的另一端通过第二引线与所述应变测量电路的第二输出端连接；所述第一引线为贯穿所述柔性软磁层和所述盖片的引线；所述第二引线为贯穿所述柔性软磁层和所述盖片的引线；

5、所述应变测量电路，用于采集、调理和转换所述敏感栅获取的被测物体的应变信息，得到与频率相关的应变采样信号；

6、所述信号处理电路，分别与所述天线和所述应变测量电路连接，用于根据第一射频信号控制所述应变测量电路的工作状态，并将所述应变测量电路处理得到的与频率相关的应变采样信号调制成对应的第二射频信号；

7、所述天线，用于接收所述第一射频信号和发送所述第二射频信号。

8、可选地，所述信号处理电路包括：射频电路、数字控制电路和存储器；

9、所述射频电路，分别与所述天线、所述数字控制电路和所述存储器连接，用于将所述第一射频信号转化为数据信号和能量信号；所述能量信号用于为所述数字控制电路和所述存储器提供电源；

10、所述数字控制电路，分别与所述应变测量电路和所述存储器连接，用于根据所述数据信号执行不同的控制操作；所述控制操作包括：指令解析、射频控制、冲突避免、存储控制和传感控制；

11、所述存储器，用于存储所述数字控制电路获取的数据信息；所述数据信息包括：被测物体的应变信息、身份识别码、应变片传感器型号和技术参数。

12、可选地，所述应变测量电路包括：应变测量电桥、精密前置放大电路、电压频率转换电路；

13、所述应变测量电桥，与所述敏感栅连接，用于将所述敏感栅获取的被测物体的应变信息转换为应变电压信号；

14、所述精密前置放大电路，与所述应变测量电桥连接，用于对所述应变电压信号进行放大和整形；

15、所述电压频率转换电路，与所述精密前置放大电路连接，用于将放大和整形后的应变电压信号转换为与频率相关的应变采样信号。

16、可选地，所述应变测量电桥包括：第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂；

17、所述第一桥臂分别与所述第二桥臂和所述第三桥臂连接；所述第四桥臂分别与所述第二桥臂和所述第三桥臂连接；

18、所述第一桥臂作为测量臂接入所述敏感栅；所述第二桥臂作为温度补偿臂接入正温度系数的热敏电阻；所述第三桥臂和所述第四桥臂作为平衡臂接入固定电阻。

19、可选地，所述精密前置放大电路，具体包括：第一运算放大器、电压基准芯片、第一电容、第二电容和第三电容；

20、所述第一运算放大器的同相输入端与所述应变测量电桥的第二输出端连接；所述第二输出端为所述应变测量电桥的第一电阻和第二电阻的公共连接端；所述第一运算放大器的反相输入端与所述应变测量电桥的第一输出端连接；所述第一输出端为所述应变测量电桥的第三电阻和第四电阻的公共连接端；所述电压基准芯片的第一端分别与所述应变测量电桥的第一输入端和所述第一电容的一端连接；所述第一输入端为所述应变测量电桥的第一电阻和第三电阻的公共连接端；所述电压基准芯片的第二端分别与所述第二电容的一端、所述第三电容的一端和所述第一运算放大器的第一端连接；所述第一电容的另一端、所述电压基准芯片的第三端、所述第二电容的另一端、所述第三电容的另一端、所述第一运算放大器的第三端和所述应变测量电桥的第二输入端接地；所述第二输入端为所述应变测量电桥的第二电阻和第四电阻的公共连接端。

21、可选地，所述电压频率转换电路，具体包括：电压频率转换芯片、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容和第六电容；

22、所述电压频率转换芯片的第一端和第六端分别与所述第六电阻的一端连接；所述第五电容的一端与所述第六电阻的一端连接；所述电压频率转换芯片的第二端与所述第七电阻的一端连接；所述第七电阻的另一端与所述第八电阻的一端连接；所述电压频率转换芯片的第三端分别与所述第十电阻的一端和所述信号处理电路连接；所述电压频率转换芯片的第五端分别与所述第九电阻的一端和所述第六电容的一端连接；所述电压频率转换芯片的第七端分别与所述第五电阻的一端和所述第四电容的一端连接；所述第五电阻的另一端与所述第一运算放大器的第二端连接；所述电压频率转换芯片的第八端分别连接所述电压基准芯片的第二端、所述第九电阻的另一端、所述第十电阻的另一端和所述信号处理电路连接；所述第四电容的另一端、所述第五电容的另一端、所述第六电阻的另一端、所述第八电阻的另一端、所述电压频率转换芯片的第四端和所述第六电容的另一端接地。

23、可选地，所述盖片上分别设置有第一通孔和第二通孔；所述柔性软磁层上分别设置有第三通孔和第四通孔；所述第一通孔与所述第三通孔对应设置，以使所述第一引线穿过所述第一通孔与所述第三通孔连接所述敏感栅的一端和所述应变测量电路的第一输入端；所述第二通孔与所述第四通孔对应设置，以使所述第二引线穿过所述第二通孔与所述第四通孔连接所述敏感栅的另一端和所述应变测量电路的第二输出端；

24、通孔直径与引线直径的差值大于所述敏感栅的轴向最大形变值的二倍；所述轴向最大形变值为所述敏感栅在测量过程中产生的轴向形变的极限值。

25、可选地，所述无线应变片传感器还包括：分别设置在所述应变测量电路的第一输入端和第二输出端上的连接焊盘；所述连接焊盘外接测量导线；所述测量导线能够在无线应变片传感器进行有线测量时与外部测量电路连接。

26、可选地，所述柔性电路板的外形尺寸大于所述敏感栅的外形尺寸；所述柔性电路板的外形尺寸分别与所述柔性软磁层的外形尺寸、所述盖片的外形尺寸和所述基底的外形尺寸保持一致。

27、可选地，所述敏感栅采用金属丝绕制成型或采用金属箔刻蚀成型；所述柔性软磁层由坡莫合金粉和硅胶混合固化成型；所述硅胶的重量占比小于等于所述坡莫合金粉的重量的10％。

28、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

29、本发明提供了一种无线应变片传感器，包括：从上至下依次设置的柔性电路板、柔性软磁层、盖片、敏感栅和基底；柔性电路板包括：柔性底板以及设置在柔性底板上的天线、信号处理电路和应变测量电路；敏感栅的一端通过第一引线与应变测量电路的第一输入端连接；敏感栅的另一端通过第二引线与应变测量电路的第二输出端连接；第一引线为贯穿柔性软磁层和盖片的引线；第二引线为贯穿柔性软磁层和盖片的引线。当天线接收到收发控制器发出的第一射频信号后，信号处理电路将对第一射频信号进行解调和分析，控制应变测量电路采集待测物体的应变信息，并将应变测量电路处理得到的与频率相关的应变采样信号调制成对应的第二射频信号，由天线再次发送至收发控制器中。该无线应变片传感器采用无线测量的方式，避免了当被测物体处于封闭状态、移动跨度较大或连续旋转状态时测量不便的问题，提高了应变片传感器测量的灵活性和便捷性。