專利名稱：智能弦式傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉一種智能弦式傳感器。
背景技術(shù)：
弦式傳感器，是一根金屬弦兩端固定然后張拉，金屬弦內(nèi)部將產(chǎn)生一定的張力，此時金屬弦的固有振動頻率與其內(nèi)部張力就具有一定的定量關(guān)系，而鋼絲弦的張力又與其所受到的變形成正比的關(guān)系而制作的一種傳感器，其被廣泛地用于檢測物體的應(yīng)變、應(yīng)力、壓力、位移等物理量，由于其材質(zhì)保證、且直接輸出頻率信號，因此不存在零點(diǎn)漂移，長期穩(wěn)定性好，因而在水利水電、鐵路、交通、建筑等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；但現(xiàn)在的弦式傳感器具有如下缺點(diǎn)1)傳感器輸出的是實(shí)測頻率值，還須依據(jù)標(biāo)定曲線換算才能得出物體的被測物理量，測試速度慢，對測試人員的技術(shù)水平要求高；2)傳感器輸出的實(shí)測頻率未經(jīng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)制，屬微弱交流信號，而非數(shù)字信號，不能做遠(yuǎn)距離傳輸；3)當(dāng)傳感器被大量埋設(shè)在工程結(jié)構(gòu)中作長期質(zhì)量監(jiān)控期間，易造成傳感器編號和標(biāo)定參數(shù)的丟失，以至測量出傳感器頻率值也無法算出相應(yīng)的物理量的無效數(shù)據(jù)情況。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種安裝方便、能作遠(yuǎn)距離傳輸?shù)闹悄芟沂絺鞲衅鳌?br> 為實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是智能弦式傳感器是一根鋼絲弦兩端被固定在封閉的金屬管內(nèi)，鋼絲弦的中間位置設(shè)有一個激勵線圈、一個永久磁鐵，激勵線圈、永久磁鐵置于鋼絲弦的一側(cè)，永久磁鐵置于激勵線圈與鋼絲弦之間；激勵線圈的兩端接放大器的輸入端，放大器的輸出端接微處理器，微處理器還接有存儲器、通信電路。
上述的智能弦式傳感器還包括一個具有全球唯一編號的半導(dǎo)體溫度傳感器，半導(dǎo)體溫度傳感器置于鋼絲弦的一側(cè)，半導(dǎo)體溫度傳感器的輸出接微處理器。
上述的智能弦式傳感器中，所述的線圈，永久磁鐵、存儲器、半導(dǎo)體溫度傳感器一同封裝于金屬管的中間位置的密封體內(nèi)。
上述的智能弦式傳感器中，所述放大器、微處理器、通信電路獨(dú)立密封在一個不銹鋼管內(nèi)，并通過一根電纜線與傳感器相連。
本實(shí)用新型的工作原理用一個脈沖電壓信號去激勵線圈，線圈中將產(chǎn)生變化的磁場，鋼絲弦在磁場的作用下產(chǎn)生衰減振動，振動的頻率為鋼絲弦的固有頻率，通過激勵線圈接收弦的振動所產(chǎn)生的激勵信號，線圈接收到的信號通過一根與傳感器緊密相連的電纜線輸出到放大器的輸入端，經(jīng)放大輸出到微處理器，同時溫度傳感器的輸出也被送到微處理器，微處理器根據(jù)輸入的頻率電信號及溫度信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，直接輸出被測物理量。存儲器與微處理器根的讀寫口連接，接受來自微處理器的數(shù)值信號/指令，存儲或調(diào)出數(shù)據(jù)信號；通信電路與微處理器根接口相連，接受來自微處理器的數(shù)據(jù)信號/指令，通過收發(fā)口外送信號或接受外來指令。
本實(shí)用新型由于采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有振弦式傳感器相比有如下優(yōu)點(diǎn)1)通過單片機(jī)等的數(shù)值換算、處理，傳感器可直接輸出被測物理量，免去了人工計(jì)算的煩雜程序與可能產(chǎn)生的錯誤；由于輸出的是物理量信號、而非微弱的感應(yīng)交流信號，故能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
2)智能弦式傳感器具有統(tǒng)一的外部接口，多個傳感器可以直接以現(xiàn)場總線方式連接，并可直接連接至計(jì)算機(jī)，便于進(jìn)行自動化測量與實(shí)時監(jiān)控工作。
3)本實(shí)用新型將數(shù)據(jù)處理器與弦式傳感器分離密封設(shè)置，解決了現(xiàn)場安裝的難題，使智能弦式傳感器真正走向?qū)嵱没?br> 4)本實(shí)用新型具有全球唯一編碼，避免了現(xiàn)場標(biāo)號可能產(chǎn)生的混亂。該編碼只可讀不可寫，可以作為產(chǎn)品防偽編碼，同時解決了產(chǎn)品的防偽問題，確保使用該產(chǎn)品的用戶利益。
5)本實(shí)用新型設(shè)置有溫度器，可以對所測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高了產(chǎn)品長期數(shù)據(jù)監(jiān)測的穩(wěn)定性。
6)將存儲器與傳感器密封在一起，這樣傳感器的編號、標(biāo)定參數(shù)、已測試數(shù)據(jù)等信息被永久性地存儲在傳感器的存儲芯片中，因此，即使傳感器的傳輸線纜斷損，只要重新接通就可從傳感器中調(diào)出歷史測試數(shù)據(jù)、并恢復(fù)新的測試。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。


圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的電路接線圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的外觀示意圖。
圖4為本實(shí)用新型中傳感器的另一種封裝結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施方案如圖1所示本智能弦式傳感器的兩端座1-4間具有一密封殼體2，殼體內(nèi)密封有一根以兩端座1-4為支點(diǎn)的張緊鋼絲弦3，一個永久磁鐵5、一個感應(yīng)線圈6被垂直地封裝在鋼絲弦3的一邊。其中，感應(yīng)線圈5接收輸入的激勵脈沖，輸出磁性激振力，鋼絲弦3受磁性激振力激發(fā)產(chǎn)生振動，鋼絲弦3單向振動切割永久磁鐵5磁力線，感應(yīng)線圈6中感生出交流頻率信號輸出給數(shù)據(jù)處理器14。溫度傳感器8測量出待測點(diǎn)溫度值輸出給數(shù)據(jù)處理器14。數(shù)據(jù)處理器14讀取串行存儲芯片9中的標(biāo)定參數(shù)與溫度補(bǔ)償系數(shù)，經(jīng)處理后將頻率信號轉(zhuǎn)換成物理量數(shù)據(jù)，經(jīng)電纜10回送并保存到串行接口芯片9，同時經(jīng)電纜15將物理量數(shù)據(jù)輸出。
所述的數(shù)據(jù)處理器電路14是由放大器11、單片機(jī)芯片12、RS485/422接口芯片13依序聯(lián)接組成。
如圖2所示本智能弦式傳感器的電路為感應(yīng)線圈6將輸入的測試脈沖轉(zhuǎn)化為磁性激振力以激發(fā)鋼絲弦3產(chǎn)生單向振動，然后將鋼絲弦3由于受單向激振而切割永久磁鐵5磁力線感應(yīng)產(chǎn)生的交流頻率信號輸出給處理電路，所述的處理電路是由溫度傳感器8、放大器11、單片機(jī)芯片12、串行存儲器芯片9、RS485/422接口芯片13依序聯(lián)接組成，其中放大器11以輸入端(-、+)與感應(yīng)線圈6的輸出端相連接，對來自感應(yīng)線圈6的交流頻率信號進(jìn)行放大濾波，輸出放大的頻率信號；具有在現(xiàn)場編程能力(IAP)的單片機(jī)芯片12以I/O接口與放大器11的輸出端相連接，對放大的頻率信號進(jìn)行邏輯與數(shù)值運(yùn)算，輸出待測信號的物理量；溫度傳感器8與單片機(jī)芯片12通過單總線相連接，按照來自單片機(jī)芯片12的數(shù)值信號/指令讀取溫度傳感器的溫度值；電可寫只讀串行存儲器9以I2C存取口與單片機(jī)芯片12的讀寫口(SDA、SCL)相連接，按照來自單片機(jī)芯片12的數(shù)值信號/指令，儲存或調(diào)出數(shù)值信號；RS485/422型串行接口芯片13與單片機(jī)芯片12的串行接口(RXD、TXD腳)相連接，按照來自單片機(jī)芯片12的數(shù)值信號、指令，實(shí)施數(shù)值信號與串行信號間的轉(zhuǎn)換，并通過其收發(fā)口T+、T-、A、B與外送串行信號或接受外來串行指令。所述的智能弦式傳感器還引出四根電源線Vl、GND、V2、V3供電路各部分使用。
如圖3所示本智能弦式傳感器，主體由振弦式傳感器7與數(shù)據(jù)處理器14兩部分組成。兩部分通過一根電纜線10緊密相連。數(shù)據(jù)處理器通過電纜15與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
圖4為本實(shí)用新型中傳感器的另一種封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖中密封殼體2的橫向設(shè)有鋼絲弦3，密封殼體2內(nèi)的中部靠近鋼絲弦3設(shè)有永久磁鐵5，永久磁鐵的外側(cè)設(shè)有感應(yīng)線圈6，其旁邊還設(shè)有溫度傳感器8、串行存儲芯片9。
現(xiàn)結(jié)合圖1-4進(jìn)一步說明其工作原理工作中，將兩端座1、4沿變形方向分別捆扎或膠粘固定在被測物體的兩點(diǎn)上，物體的變形傳遞給兩端座間的鋼絲弦3，當(dāng)測試電流通過感應(yīng)線圈5時激發(fā)鋼絲弦3作單向振動切割磁力線，感應(yīng)線圈6上有交流頻率信號輸出，經(jīng)過放大、數(shù)值處理，將每次測試的原始數(shù)據(jù)通過串行接口芯片13輸出、顯示被測物理量，同時將測試所得數(shù)據(jù)及環(huán)境、傳感器特性參數(shù)等存儲于單片機(jī)芯片12或串行存儲器9中，以備以后隨時調(diào)取查詢，即使信號T+、T-、A、B及電源線V1、GND、V2、V3意外斷損，只要重新將其接通，即可調(diào)出原始特性參數(shù)及傳感器編號等，進(jìn)行各種運(yùn)算及新的測試；而且數(shù)值化的測試物理量不受遠(yuǎn)程傳輸?shù)南拗疲奖憧旖?。由于?nèi)置先進(jìn)的速據(jù)通信協(xié)議，可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行自動化測試工作。
權(quán)利要求1.一種智能弦式傳感器，其特征在于弦式傳感器是一根鋼絲弦兩端被固定在封閉的金屬管內(nèi)，鋼絲弦的中間位置設(shè)有一個激勵線圈、一個永久磁鐵，激勵線圈、永久磁鐵置于鋼絲弦的一側(cè)，永久磁鐵置于激勵線圈與鋼絲弦之間；激勵線圈的兩端接放大器的輸入端，放大器的輸出端接微處理器，微處理器還接有存儲器、通信電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能弦式傳感器，其特征在于還包括一個半導(dǎo)體溫度傳感器，半導(dǎo)體溫度傳感器置于鋼絲弦的一側(cè)，半導(dǎo)體溫度傳感器的輸出接微處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能弦式傳感器，其特征在于所述的線圈，永久磁鐵、存儲器、半導(dǎo)體溫度傳感器一同封裝于金屬管的中間位置的密封體內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的智能弦式傳感器，其特征在于所述放大器、微處理器、通信電路獨(dú)立密封在一個不銹鋼管內(nèi)，并通過一根電纜線與傳感器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能弦式傳感器，其特征在于所述的存儲器器是串行接口的電可寫只讀存儲器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種智能弦式傳感器，將一根鋼絲弦兩端固定在封閉的金屬管內(nèi)，鋼絲弦的中間位置設(shè)有一個激勵線圈、一個永久磁鐵，激勵線圈、永久磁鐵置于鋼絲弦的一側(cè)，永久磁鐵置于激勵線圈與鋼絲弦之間；激勵線圈的兩端接放大器的輸入端，放大器的輸出端接微處理器，微處理器還接有存儲器、溫度傳感器、通信電路，金屬管、激勵線圈、永久磁鐵、存儲器、溫度傳感器作為傳感器一體封裝，放大器、微處理器、通信電路作為信號處理部份密閉封裝，通過電纜與傳感器相連。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、精度高、穩(wěn)定性好，可以直接與計(jì)算機(jī)等設(shè)備相連，進(jìn)行自動化測量。
文檔編號G01D5/48GK2874429SQ20052005203
公開日2007年2月28日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者孟金明, 路軍, 解旭東, 劉愛玲, 吳斌 申請人:孟金明, 路軍, 解旭東