專利名稱：一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化lvdt位移傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移傳感器電路，尤其涉及一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT (Linear Variable Differential Transformer,線性可變差動變壓器縮寫，以下簡稱LVDT)位移傳感器。
背景技術(shù)：
建筑領(lǐng)域中對樁基微應(yīng)變測量的傳統(tǒng)方式是通過采用一種稱為鋼弦式應(yīng)力傳感器來實現(xiàn)的。其原理是在一根兩端被繃緊的鋼弦上施以激勵電脈沖時，該鋼弦產(chǎn)生激振；假定該鋼弦被固定在某一剛體空腔內(nèi)，當(dāng)該剛體受到外力作用時將發(fā)生形變，剛體的形變將導(dǎo)致內(nèi)置鋼弦的二個固定端點間的距離發(fā)生微小變化，當(dāng)鋼弦受到電脈沖激勵時，鋼弦將發(fā)生激振，其振蕩頻率亦發(fā)生相應(yīng)的變化，通過對比當(dāng)今測定頻率與前次測定頻率，依據(jù)經(jīng)驗公式換算出應(yīng)變值。從簡述的原理中可以清晰看出鋼弦式應(yīng)力傳感器具有以下不可彌補的缺陷(I)由于鋼弦的兩端是緊繃的，始終受到張力作用，因此鋼弦會發(fā)生自然形變，從而導(dǎo)致其輸出固有頻率的變化；(2)鋼弦式應(yīng)力計輸出信號的一致性較差，其輸出響應(yīng)與鋼弦的繃緊程度、鋼弦材質(zhì)的一致性有關(guān)，因此每個傳感器需獨立校正；(3)鋼弦式傳感器的輸出信號具有明顯的溫度漂移特征；(4)在樁基應(yīng)變測量時，需將被測鋼筋截斷，鋼弦式傳感器被焊接在鋼筋的二個斷口間，因此在樁基載荷時，若鋼弦式傳感器的彈性模量與被測鋼筋不一致，則測量值不具指導(dǎo)施工的意義；(5)測量值需經(jīng)過經(jīng)驗參數(shù)進行二次換算，精度較差，不具有可比性和一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器，該一體化LVDT位移傳感器測量精度高、幾乎不受溫度漂移影響。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器,它包括穩(wěn)幅振蕩器、LVDT位移傳感器、信號放大器和單片機，所述LVDT位移傳感器的激勵信號輸入端與所述穩(wěn)幅振蕩器的輸出端相連，所述LVDT位移傳感器的檢測信號輸出端與所述信號放大器的輸入端相連，所述單片機的采集電壓信號輸入端與所述信號放大器的輸出端相連，所述單片機的信號輸出端與外部設(shè)備相連；其中所述穩(wěn)幅振蕩器產(chǎn)生并輸出穩(wěn)幅的正弦波激勵信號；所述LVDT位移傳感器接收所述穩(wěn)幅振蕩器輸出的正弦波激勵信號，檢測并輸出一個與銜鐵位移呈線性關(guān)系的交流電壓；所述信號放大器接收所述LVDT位移傳感器輸出的交流電壓，實施全波整流，放大輸出一個與銜鐵位移呈線性關(guān)系的直流電壓；所述單片機采樣所述信號放大器輸出的直流電壓信號，并將該電壓信號進行數(shù)字化處理，以RS232方式向外輸出數(shù)字信號。 上述的一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器,其中,所述單片機輸出的數(shù)字信號為10位數(shù)字信號或12位數(shù)字信號。本發(fā)明位移傳感器與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I.本發(fā)明采用的LVDT位移傳感器具有相當(dāng)優(yōu)良的共模抑制能力，例如溫度變化類參量在本發(fā)明位移傳感器的輸出響應(yīng)中被轉(zhuǎn)化為共模量，因此對于溫度變化這種共模量具有優(yōu)良的抑制能力，可以幾乎不受溫度漂移的影響。2.可直接輸出位移量，無需二次轉(zhuǎn)化計算。3.具有極其精細(xì)的測量分辨率和線性度。


圖I是本發(fā)明一體化LVDT位移傳感器的原理框圖；圖2是本發(fā)明一體化LVDT位移傳感器的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例I請參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)，它包括穩(wěn)幅振蕩器1、LVDT位移傳感器2、信號放大器3和單片機4, LVDT位移傳感器2的激勵信號輸入端與所述穩(wěn)幅振蕩器I的輸出端相連，LVDT位移傳感器2的檢測信號輸出端與信號放大器3的輸入端相連,單片機4的米集電壓信號輸入端與信號放大器3的輸出端相連，單片機4的信號輸出端與外部設(shè)備相連。其中，單片機4的型號為10位的STC12C5404AD，信號放大器3的型號為TL084。請參閱圖1，圖中示出了本發(fā)明用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器的電路結(jié)構(gòu)。由集成運算放大器ICl A(TL084)和電容構(gòu)成的2. 5KHz穩(wěn)幅振蕩器I開始工作，輸出的正弦波經(jīng)集成運算放大器ICl B(TL084)放大后形成3伏(有效值)的正弦波激勵信號，用以激勵LVDT位移傳感器2的初級線圈。LVDT位移傳感器2輸出的檢測信號(即與銜鐵位移呈線性關(guān)系的交流電壓)被信號放大器3的集成運算放大器ICl C(TL084)實施全波整流，并經(jīng)信號放大器3的集成運算放大器ICl :D(TL084)7. 5倍放大后，輸出一個與銜鐵位移呈線性關(guān)系的直流電壓信號，饋送至單片機4(STC12C5404AD)的采集電壓信號輸入端端口。同時，通電后單片機4(STC12C5404AD)開始工作，經(jīng)2秒延時后采樣電壓信號；實施2秒延時的目的是等待穩(wěn)幅振蕩器I輸出信號的穩(wěn)定。經(jīng)單片機4(STC12C5404AD)數(shù)字化處理后的10位數(shù)字信號以RS232方式輸出?；鶞?zhǔn)源集成電路IC3(REF3040)為單片機4的AD轉(zhuǎn)換提供了 4. 096伏的電壓基準(zhǔn)。由上述電路可以計算傳感器的測量靈敏度已知LVDT位移傳感器2的靈敏度是伏.毫米/91毫伏，且線性良好，即在I伏正弦有效值信號激勵下、位移發(fā)生I毫米變化時，輸出響應(yīng)為91毫伏(有效值)；因此，在3伏(有效值)的激勵下、位移變化I毫米時，輸出響應(yīng)為273毫伏(有效值);換言之，位移發(fā)生I微米變化時將輸出O. 273毫伏的信號。該信號經(jīng)全波整流，并經(jīng)7. 5倍放大后，形成2. 048毫伏的信號。假定傳感器的機械變化動態(tài)范圍為2毫米，則最大輸出信號為2. 048毫伏X2000 = 4. 096伏。已知單片機4(STC12C5404AD)為10位AD精度，因此在4. 096伏基準(zhǔn)源的條件下，對應(yīng)每個量化單位的電壓值為4. 096毫伏，該值恰好等同于LVDT位移傳感器2發(fā)生2微米變化時、經(jīng)7. 5倍放大處理后得到的輸出信號值；理論上，采用本發(fā)明對LVDT位移傳感器測量信號的折合處理誤差為2微米。實施例2 原理框圖結(jié)構(gòu)與實施例I相同，但單片機4的型號為12位的CC2530，其理論測量精度達到O. 5微米。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器,其特征在于，它包括穩(wěn)幅振蕩器、LVDT位移傳感器、信號放大器和單片機，所述LVDT位移傳感器的激勵信號輸入端與所述穩(wěn)幅振蕩器的輸出端相連，所述LVDT位移傳感器的檢測信號輸出端與所述信號放大器的輸入端相連，所述單片機的采集電壓信號輸入端與所述信號放大器的輸出端相連，所述單片機的信號輸出端與外部設(shè)備相連；其中 所述穩(wěn)幅振蕩器產(chǎn)生并輸出穩(wěn)幅的正弦波激勵信號； 所述LVDT位移傳感器接收所述穩(wěn)幅振蕩器輸出的正弦波激勵信號，檢測并輸出ー個與銜鐵位移呈線性關(guān)系的交流電壓； 所述信號放大器接收所述LVDT位移傳感器輸出的交流電壓，實施全波整流，放大輸出一個與銜鐵位移呈線性關(guān)系的直流電壓； 所述單片機采樣所述信號放大器輸出的直流電壓信號，并將該電壓信號進行數(shù)字化處理，以RS232方式向外輸出數(shù)字信號。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器，其特征在于，所述單片機輸出的數(shù)字信號為10位數(shù)字信號或12位數(shù)字信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于測量樁基微應(yīng)變的一體化LVDT位移傳感器，它包括穩(wěn)幅振蕩器、LVDT位移傳感器、信號放大器和單片機，所述LVDT位移傳感器的激勵信號輸入端與所述穩(wěn)幅振蕩器的輸出端相連；所述LVDT位移傳感器的檢測信號輸出端與所述信號放大器的輸入端相連；所述單片機的采集電壓信號輸入端與所述信號放大器的輸出端相連。本發(fā)明采用的LVDT位移傳感器具有相當(dāng)優(yōu)良的共模抑制能力，例如溫度變化類參量在本發(fā)明位移傳感器的輸出響應(yīng)中被轉(zhuǎn)化為共模量，因此對于溫度變化這種共模量具有優(yōu)良的抑制能力，可以幾乎不受溫度漂移的影響；可直接輸出位移量，無需二次轉(zhuǎn)化計算；具有極其精細(xì)的測量分辨率和線性度。
文檔編號G01B7/16GK102620643SQ20121006716
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者周亮, 唐毅, 李建國, 李榮正, 蔣梅芬 申請人:李建國