一種無線精密應(yīng)變測量裝置和一種無線精密應(yīng)變測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及應(yīng)變測量裝置領(lǐng)域，更具體的說，是涉及一種無線精密應(yīng)變測量裝置 和一種無線精密應(yīng)變測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 應(yīng)變測量技術(shù)應(yīng)用廣泛，受靜荷載作用的機(jī)械工程重大制造裝備、高鐵汽車、輪 船、核電、土木建筑、水利工程、橋梁、道路涵隧工程以及冶金、石油、化工領(lǐng)域的重大、重要 關(guān)鍵構(gòu)件都需要用到應(yīng)變測量裝置。對這些重大、重要關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行實驗，驗證時需要用到 無線精密應(yīng)變測量裝置。同時遠(yuǎn)程操作的應(yīng)變測量裝置可用以設(shè)備的在線、遠(yuǎn)程監(jiān)測。 [0003] 應(yīng)變測量裝置的一個關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)是測量精度。影響精度的因素有：測量裝置基 準(zhǔn)源的穩(wěn)定度、激勵方式、地線上電流的壓降與噪聲。目前，應(yīng)變測量裝置的精度還可以進(jìn) 一步提高；并且可實現(xiàn)激勵電壓可調(diào)；傳感器參數(shù)可設(shè)定；進(jìn)行遠(yuǎn)程操作等功能。這些功能 的實現(xiàn)將大大增加應(yīng)變測量裝置的價值。
[0004] 從目前市場上看，還沒有一種能實現(xiàn)高精度、參數(shù)可調(diào)、可無線遠(yuǎn)程操作的應(yīng)變測 量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種無線精密應(yīng)變測量裝置和一種無線 精密應(yīng)變測量方法，實現(xiàn)高精度、參數(shù)可調(diào)、可無線遠(yuǎn)程操作。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種無線精密應(yīng)變測量裝置，包括機(jī)箱、設(shè)于機(jī)箱上的控制面板、以及設(shè)于機(jī)箱內(nèi) 部的測量模塊、WiFi模塊；
[0008] 所述控制面板用于實現(xiàn)人機(jī)交互；
[0009] 所述測量模塊包括數(shù)字控制模塊和精密電源模塊；所述精密電源模塊包括恒溫基 準(zhǔn)源、精密可調(diào)電壓源、精密電壓測量電路、應(yīng)變電橋驅(qū)動電路和應(yīng)變電橋測量電路；所述 數(shù)字控制模塊包括處理器、調(diào)試接口、串口、WiFi模塊接口。
[0010] 所述恒溫基準(zhǔn)源分別連接精密可調(diào)電壓源和精密電壓測量電路，所述精密可調(diào)電 壓源連接應(yīng)變電橋驅(qū)動電路，所述應(yīng)變電橋驅(qū)動電路連接應(yīng)變電橋測量電路；所述WiFi模 塊接口連接WiFi模塊
[0011] 作為優(yōu)選的，所述數(shù)字控制模塊與精密電源模塊的電源相互隔離，且地線相互隔 離，恒溫基準(zhǔn)源周圍不放置其他元件；恒溫基準(zhǔn)源與外部連線集中在兩條路徑上；未布線 區(qū)域鏤空處理。
[0012] 作為優(yōu)選的，所述應(yīng)變電橋測量電路至少包括一虛零產(chǎn)生電路，用于消除地噪聲 與地電流壓降產(chǎn)生的誤差；
[0013] 作為優(yōu)選的，所述應(yīng)變電橋驅(qū)動電路包括電壓反轉(zhuǎn)電路，所述電壓反轉(zhuǎn)電路輸入 端接精密電源模塊的輸出端；電壓反轉(zhuǎn)電路輸出端作為應(yīng)變橋激勵電壓負(fù)極，從而產(chǎn)生了 正負(fù)對稱的激勵電源；所述電壓反轉(zhuǎn)電路包括運放反向器與PNP三極管，所述運放反向器 與PNP三極管組成反向擴(kuò)流電路，所述PNP三極管基極與運放反向器輸出端接有反偏二極 管，PNP三極管基極與運放反向器輸出端間用電阻相連，PNP三極管與電源負(fù)極之間用電阻 相連。
[0014] 作為優(yōu)選的，所述虛零電路包括一對互為對管的三極管組成的推挽結(jié)構(gòu)，所述推 挽結(jié)構(gòu)與一精密運放組成一跟隨器，所述推挽結(jié)構(gòu)的輸入端通過電阻連接正負(fù)電源，所述 跟隨器的輸入端接基準(zhǔn)源的零參考點，跟隨器的輸出端作為虛零輸出，虛零輸出和精密電 源模塊的地線之間用（10-100歐姆）的電阻連接。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0016] 1、采用虛零電路產(chǎn)生系統(tǒng)的零電位參考點，并且可以使用多個虛零電路，產(chǎn)生多 個零電位參考點，能消除電源地的噪聲帶來的影響，也能消除回地電流產(chǎn)生壓降的影響，還 能消除大部分寄生熱電偶產(chǎn)生電壓對精密電源的影響。
[0017] 2、恒溫基準(zhǔn)源附近不放置其他元件，線路采用折線引出，在恒溫基準(zhǔn)源區(qū)域，非布 線區(qū)域鏤空處理，增加熱阻，提高了恒溫基準(zhǔn)源的穩(wěn)定性。
[0018] 3、采用電壓反轉(zhuǎn)電路產(chǎn)生負(fù)激勵電壓，應(yīng)變橋路采用正負(fù)對稱電源激勵可以實現(xiàn) 橋路的輸出電壓在零點附近，有利于橋路輸出放大電路的設(shè)計，當(dāng)精密電壓測量ADC輸入 范圍不大時，使用本方案仍然可以加大電壓激勵。傳感器輸入的激勵電壓越大，傳感器的靈 敏度越高。
[0019] 4、本測量裝置的傳感器參數(shù)可以調(diào)，激勵電壓可調(diào)，可以配合不同參數(shù)的傳感器； 本裝置帶有精密可調(diào)電壓輸出功能，精密電壓測量功能。
[0020] 5、本裝置實現(xiàn)一個高精度電壓表同時校準(zhǔn)系統(tǒng)的輸入、輸出，可減少使用校準(zhǔn)儀 器的數(shù)量，提高校準(zhǔn)速度。
[0021] 6、本裝置通過WiFi無線接口連接互聯(lián)網(wǎng)，遠(yuǎn)程PC可以通過互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器遠(yuǎn) 程控制本測量裝置，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。
【附圖說明】
[0022] 圖1示出了本發(fā)明的無線精密應(yīng)變測試裝置面板；
[0023] 圖2示出了本發(fā)明的精密測量模塊的結(jié)構(gòu)框圖；
[0024] 圖3示出了應(yīng)變電橋測量電路的虛零產(chǎn)生電路；
[0025] 圖4示出了電壓極性反轉(zhuǎn)電路；
[0026] 圖5示出了無線精密應(yīng)變測量裝置校準(zhǔn)連接方式；
[0027] 圖6示出了精密應(yīng)變測量觸摸屏界面。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明所述的一種無線精密應(yīng)變測量裝置和一種無線 精密應(yīng)變測量方法作進(jìn)一步說明。
[0029] 以下是本發(fā)明所述的一種無線精密應(yīng)變測量裝置和一種無線精密應(yīng)變測量方法 的最佳實例，并不因此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030] -種無線精密應(yīng)變測量裝置，包括機(jī)箱、設(shè)于機(jī)箱上的控制面板、以及設(shè)于機(jī)箱內(nèi) 部的測量模塊、WiFi模塊；所述機(jī)箱由手提箱組成，控制面板平放在手提箱內(nèi)，測量模塊平 放在面板下，手提箱內(nèi)；面板上人機(jī)交互界面如圖1所述，圖6示出了精密應(yīng)變測量觸摸屏 界面。所述恒溫基準(zhǔn)源分別連接精密可調(diào)電壓源和精密電壓測量電路，所述精密可調(diào)電壓 源連接應(yīng)變電橋驅(qū)動電路，所述應(yīng)變電橋驅(qū)動電路連接應(yīng)變電橋測量電路；所述WiFi模塊 接口連接WiFi模塊
[0031] 所述測量模塊包括數(shù)字控制模塊和精密電源模塊，數(shù)字控制模塊和精密電源模塊 通過隔離器隔離；所述精密電源模塊包括恒溫基準(zhǔn)源、精密可調(diào)電壓源、精密電壓測量電 路、應(yīng)變電橋驅(qū)動電路和應(yīng)變電橋測量電路；所述數(shù)字控制模塊包括處理器、調(diào)試接口、串 口、WiFi模塊接口。
[0032] 在本實施例中，所述精密可調(diào)電壓源采用的是一片20位DAC，AD5791。該芯片采 用正負(fù)基準(zhǔn)電壓。芯片的輸出端使用精密的加法電路，實現(xiàn)了零伏到正基準(zhǔn)電壓輸出。該 電路精密電壓的參考零點接入虛零參考點，而不接電源地線。該芯片和處理器之間用磁耦 傳遞信號，來實現(xiàn)電隔離。
[0033] 作為優(yōu)選的，所述應(yīng)變電橋測量電路至少包括一虛零產(chǎn)生電路，用于消除地噪聲 與地電流壓降產(chǎn)生的誤差；
[0034] 作為優(yōu)選的，所述數(shù)字控制模塊與精密電源模塊的電源相互隔離，且地線相互隔 離。
[0035] 在本實施例中，恒溫基準(zhǔn)源由LTZ1000恒溫基準(zhǔn)電源芯片與外圍基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電 路組成。恒溫基準(zhǔn)源放置在鏤空的線路板上，這樣增大了熱阻?；鶞?zhǔn)源與外電路的布線成 折線結(jié)構(gòu)，參見圖2。系統(tǒng)的基準(zhǔn)零電壓點采用虛零電路產(chǎn)生，不采用系統(tǒng)電源地為基準(zhǔn)電 壓零點。恒溫基準(zhǔn)源電壓零點獨立布線到虛零電路的輸入端。
[0036] 所述虛零電路參見圖3, "Z-S_GND"為恒溫基準(zhǔn)源參考零點。"REF_GND"為系統(tǒng) 的虛零參考點，和精密電壓有關(guān)的參考點都用虛零參考點。根據(jù)需要可以使用多個虛零電 路。由于該電路的自動調(diào)節(jié)能力，當(dāng)有大電流回流、溫漂、電源不穩(wěn)時都能提供準(zhǔn)確的零電 位點，保證了系統(tǒng)的精度。
[0037] 作為優(yōu)選的，所述應(yīng)變電橋驅(qū)動電路包括電壓反轉(zhuǎn)電路，所述電壓反轉(zhuǎn)電路輸入 端接精密電源模塊的輸出端；電壓反轉(zhuǎn)電路輸出端作為應(yīng)變橋激勵電壓負(fù)極，從而產(chǎn)生了 正負(fù)對稱的激勵電源；所述電壓反轉(zhuǎn)電路包括運放反向器與PNP三極管，所述運放反向器 與PNP三極管組成反向擴(kuò)流電路，所述PNP三極管基極與運放反向器輸出端接有反偏二極 管，PNP三極管基極與運放反向器輸出端間用電阻相連，PNP三極管與電源負(fù)極之間用電阻 相連。
[0038] 該電壓反轉(zhuǎn)電路參見圖4,該電路可提供正負(fù)對稱的電壓源激勵給四臂應(yīng)變電 橋。電橋的電壓輸出始終在零電壓附近，有利于測量放大電路和采樣電路的設(shè)計。例如，當(dāng) 輸出電壓為IOV時，電橋激勵可達(dá)到20V。此時電橋輸出仍然在零伏附近，ADC的采樣范圍 在IV內(nèi)即可。如果不用對稱激勵，IOV激勵電壓時，電橋輸出將在5V附近，ADC的采樣范圍 要大于5V。同樣位數(shù)的ADC，擴(kuò)大量程將減小精度。所以采用本發(fā)明對稱激勵技術(shù)，使得激 勵電壓提高一倍，并且減少了輸出范圍，提高了精度。
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