振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及巖土工程、道路交通設(shè)施、大型樓宇等的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于巖土工程、道路交通設(shè)施、大型樓宇等的安全監(jiān)測(cè)儀器中的振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在對(duì)巖土工程、道路交通設(shè)施、大型樓宇等的安全監(jiān)測(cè)中，通常采用振弦式傳感器等安全監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)巖土工程(或道路交通設(shè)施或大型樓宇)的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、接縫開(kāi)度、滲漏和變形等物理量，用以分析判斷巖土工程(或道路交通設(shè)施或大型樓宇)的安全。振弦式傳感器內(nèi)部的鋼弦的振動(dòng)固有頻率參量是最為關(guān)鍵的測(cè)量因子，目前測(cè)量鋼弦的頻率參量通常采用激振拾振的方法:采集終端首先向振弦式傳感器發(fā)送單脈沖激勵(lì)信號(hào)或掃頻激勵(lì)信號(hào)，向振弦式傳感器饋入激勵(lì)能量，使振弦式傳感器內(nèi)部的鋼弦產(chǎn)生振動(dòng)。撤銷激勵(lì)信號(hào)后，振弦式傳感器的鋼弦處于自由諧振狀態(tài)，以特定的頻率諧振，該諧振頻率與振弦式傳感器所測(cè)量的參量有特定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。采集終端再檢測(cè)、處理振弦式傳感器的諧振信號(hào)，得到其諧振頻率，即鋼弦的固有頻率。
[0003]由于振弦式傳感器本身個(gè)體差異性，及安裝使用外圍環(huán)境差異性，振弦式傳感器的激勵(lì)特性、諧振特性有較大的差異。經(jīng)常需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同的傳感器個(gè)體設(shè)定專門的激勵(lì)信號(hào)特性及拾振過(guò)程參數(shù)，才可以可靠地獲得振弦式傳感器參量，對(duì)使用者有較高的技術(shù)要求，需要一種自適應(yīng)的振弦式傳感器激勵(lì)及拾振技術(shù)來(lái)解決此類問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同的傳感器個(gè)體設(shè)定專門的激勵(lì)信號(hào)特性及拾振過(guò)程參數(shù)才能可靠地獲得振弦式傳感器參量且對(duì)使用者有較高的技術(shù)要求等問(wèn)題，提供一種振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置，采用的激振裝置能夠根據(jù)振弦式傳感器信號(hào)傳輸電纜長(zhǎng)度不同自適應(yīng)地調(diào)整激勵(lì)信號(hào)振幅，拾振裝置采用具有二極管嵌位的過(guò)零檢測(cè)電路配合包絡(luò)檢波電路，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)截取質(zhì)量較好的信號(hào)測(cè)量其頻率，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]—種振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置，包括激振裝置、開(kāi)關(guān)電路和拾振裝置，所述開(kāi)關(guān)電路切換激振裝置和拾振裝置分別與振弦式傳感器的連接，其特征在于，
[0007]所述激振裝置按照信號(hào)的流向包括依次連接的掃頻激勵(lì)源、幅度調(diào)節(jié)電路、極性轉(zhuǎn)換電路和橋式推挽功率放大電路，所述橋式推挽功率放大電路與開(kāi)關(guān)電路相連；
[0008]所述拾振裝置包括儀表放大器、二次放大電路、包絡(luò)檢波電路、具有二極管嵌位的過(guò)零檢測(cè)電路、信號(hào)有效性處理電路和等精度測(cè)頻電路，所述儀表放大器分別與開(kāi)關(guān)電路和二次放大電路相連，所述二次放大電路分別連接過(guò)零檢測(cè)電路和包絡(luò)檢波電路，所述過(guò)零檢測(cè)電路連接等精度測(cè)頻電路，所述包絡(luò)檢波電路連接信號(hào)有效性處理電路，所述信號(hào)有效性處理電路與等精度測(cè)頻電路相連。
[0009]所述幅度調(diào)節(jié)電路包括數(shù)字電位器，所述掃頻激勵(lì)源輸出單極性差分掃頻激勵(lì)信號(hào)分別連接至數(shù)字電位器的兩個(gè)固定端，由數(shù)字電位器的調(diào)整端輸出幅度調(diào)節(jié)后的單極性單端信號(hào)。
[0010]所述激振裝置還包括等值電阻分壓電路，所述等值電阻分壓電路產(chǎn)生差分掃頻信號(hào)的相對(duì)零點(diǎn)信號(hào)，所述等值電阻分壓電路與極性轉(zhuǎn)換電路相連；所述極性轉(zhuǎn)換電路包括差分放大器和反相放大器，所述差分放大器與數(shù)字電位器相連并將數(shù)字電位器輸出的幅度調(diào)節(jié)后的單極性單端信號(hào)作為差分正向輸入以及將等值電阻分壓電路輸出的差分掃頻信號(hào)的相對(duì)零點(diǎn)作為差分負(fù)向輸入，所述差分放大器輸出雙極性單端掃頻信號(hào)，所述反相放大器的輸入端連接差分放大器的輸出端，所述反相放大器的輸出與所述差分放大器的輸出共同構(gòu)成雙極性差分掃頻信號(hào)輸出。
[0011]所述具有二極管嵌位的過(guò)零檢測(cè)電路包括隔直電容、比較器以及兩組二極管嵌位電路，二次放大電路的輸出端作為具有二極管嵌位的過(guò)零檢測(cè)電路的輸入端依次連接隔直電容和比較器，第一組二極管嵌位電路包括兩個(gè)設(shè)置方向相反且并聯(lián)連接的二極管，第一組二極管嵌位電路的一端從過(guò)零檢測(cè)電路的輸入端引出且第一組二極管嵌位電路的另一端接地，第二組二極管嵌位電路包括一正極接地且負(fù)極從過(guò)零檢測(cè)電路的輸出端引出的二極管。
[0012]所述拾振裝置還包括前置高通濾波電路和二階帶通濾波電路，所述儀表放大器通過(guò)前置高通濾波電路與開(kāi)關(guān)電路相連且所述儀表放大器通過(guò)二階帶通濾波電路與二次放大電路相連。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下:
[0014]本實(shí)用新型涉及的振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置，設(shè)置特定結(jié)構(gòu)的激振裝置與拾振裝置，在激振裝置中，掃頻激勵(lì)源發(fā)出單極性差分信號(hào)，并通過(guò)幅度調(diào)節(jié)電路進(jìn)行調(diào)整振幅，根據(jù)振弦式傳感器要求設(shè)定激勵(lì)信號(hào)振幅基準(zhǔn)，并輸出單極性單端信號(hào)(或者說(shuō)是單極性單端掃頻信號(hào))，通過(guò)極性轉(zhuǎn)換電路將單極性單端信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性差分信號(hào)，并配合橋式推挽功率放大電路實(shí)現(xiàn)掃頻信號(hào)功率放大，擴(kuò)充了激勵(lì)輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，引入適度的正反饋，提升橋式推挽功率放大電路等效輸出阻抗，實(shí)現(xiàn)激勵(lì)振弦式傳感器的掃頻信號(hào)幅度隨著振弦式傳感器信號(hào)傳輸電纜長(zhǎng)度不同自適應(yīng)地調(diào)整激勵(lì)信號(hào)振幅，補(bǔ)償因振弦式傳感器信號(hào)傳輸電纜阻抗引入的激勵(lì)信號(hào)損耗。在拾振裝置中，通過(guò)儀表放大器對(duì)振弦式傳感器輸出的諧振信號(hào)進(jìn)行差分放大，并抑制振弦式傳感器諧振信號(hào)中的共模干擾，配合具有二極管嵌位的過(guò)零檢測(cè)電路，采用二極管對(duì)振弦式傳感器諧振信號(hào)進(jìn)行嵌位，避免振弦式傳感器諧振信號(hào)振幅不同導(dǎo)致過(guò)零檢測(cè)電路回差不一致性，由過(guò)零檢測(cè)電路將振弦式傳感器諧振信號(hào)整形成方波，并提供比較回差防止閾值以下噪聲影響過(guò)零檢測(cè)電路正常輸出，輸出信號(hào)采用二極管嵌位方式將雙極性方波轉(zhuǎn)換成單極性方波，通過(guò)包絡(luò)檢波電路配合信號(hào)有效性處理電路檢測(cè)所獲取的振弦式傳感器諧振信號(hào)的振幅判斷振弦式傳感器諧振信號(hào)穩(wěn)定區(qū)間、信號(hào)質(zhì)量劣化區(qū)間，評(píng)估信號(hào)質(zhì)量，動(dòng)態(tài)截取質(zhì)量較好的中段部分信號(hào)測(cè)頻，提升頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度，避免了現(xiàn)有技術(shù)需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同的傳感器個(gè)體設(shè)定專門的激勵(lì)信號(hào)特性及拾振過(guò)程參數(shù)才能可靠地獲得振弦式傳感器參量且對(duì)使用者有較高的技術(shù)要求等問(wèn)題，本實(shí)用新型基于掃頻激勵(lì)方式激勵(lì)振弦式傳感器以及計(jì)數(shù)法等精度測(cè)量振弦式傳感器諧振頻率的原理，完全克服了現(xiàn)有技術(shù)的弊端，降低了對(duì)使用者的技術(shù)要求，能夠自適應(yīng)的用于現(xiàn)場(chǎng)不同的振弦式傳感器激振和拾振，實(shí)現(xiàn)等精度的振弦式傳感器的頻率的可靠測(cè)量，提升了頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度。
[0015]本實(shí)用新型的振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置優(yōu)選可以在拾振裝置中設(shè)置前置高通濾波電路和二階帶通濾波電路，儀表放大器通過(guò)前置高通濾波電路與開(kāi)關(guān)電路相連，采用前置高通濾波電路能夠有效降低現(xiàn)場(chǎng)工頻干擾，提升測(cè)量信號(hào)的信噪比；儀表放大器通過(guò)二階帶通濾波電路與二次放大電路相連，采用二階帶通濾波電路，有效過(guò)濾振弦式傳感器諧振信號(hào)帶外的干擾信號(hào)，進(jìn)一步提高測(cè)量信號(hào)的信噪比，進(jìn)一步提升了頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置的優(yōu)選結(jié)構(gòu)框圖。
[0018]圖3a為本實(shí)用新型的激勵(lì)信號(hào)波形示意圖，圖3b為振弦式傳感器的諧振信號(hào)波形示意圖。
[0019]圖4為本實(shí)用新型振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置中的激振裝置的電路圖。
[0020]圖5為本實(shí)用新型振弦式傳感器的頻率測(cè)量裝置的開(kāi)關(guān)電路和前置高通濾波電路的不意圖。
[0021]圖6為本實(shí)用新型振弦式