專利名稱：振弦式數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器采集裝置，尤其是涉及一種振弦式數(shù)據(jù)采集器及方法。
背景技術(shù)：
隨著各種道路、橋梁、水利等各種工程建設(shè)的不斷發(fā)展，工程安全的引起了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注和重視，而安全監(jiān)測(cè)與預(yù)警無(wú)疑在其中有著舉足輕重的地位，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置所采用的激振方式一般為高壓撥弦激振和低壓掃頻激振兩種方式，但這兩種撥弦激振方式都有很大的局限性。高壓撥弦激振方式具有傳感器鋼弦振動(dòng)持續(xù)時(shí)間短，信號(hào)不易拾取，測(cè)量精度差，且易使傳感器鋼弦老化而使傳感器失效的缺點(diǎn)。而低壓掃頻激振方式雖然保護(hù)了鋼弦，但其一般都是由頻率下限掃到頻率上限的連續(xù)脈沖去激振，因而激振周期和測(cè)試周期都比較長(zhǎng)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種采用低壓尋頻激振方式的振弦式數(shù)據(jù)采集器，即采集器施加接近振弦式傳感器的低壓頻率到傳感器上，從而使傳感器剛弦產(chǎn)生振蕩。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種振弦式數(shù)據(jù)采集器，包括振弦式傳感器、通道選擇電路、激振電路、拾振電路、電源管理電路和處理器，所述振弦式傳感器將振蕩信號(hào)發(fā)送給所述通道選擇電路，所述通道選擇電路將振弦式傳感器的振蕩信號(hào)傳遞給拾振電路，所述激振電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)通過(guò)通道選擇電路激振振弦式傳感器的鋼弦，所述拾振電路對(duì)振蕩頻率值進(jìn)行放大整形處理，所述處理器產(chǎn)生初試激振頻率控制字，所述處理器接收并計(jì)算輸出頻率值，所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括FPGA(Field — Programmable Gate Array,現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)電路，處理器產(chǎn)生并發(fā)送初試激振頻率控制字給FPGA電路，F(xiàn)PGA 電路將該初試激振頻率控制字轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的數(shù)字離散信號(hào)，所述FPGA電路產(chǎn)生的數(shù)字離散信號(hào)經(jīng)過(guò)激振電路的數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正弦模擬信號(hào)，該正弦模擬信號(hào)通過(guò)所述激振電路的濾波器回到所述FPGA電路，所述FPGA電路對(duì)該正弦模擬信號(hào)整形后控制所述激振電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)；所述FPGA電路采樣拾振電路的輸出頻率值并傳遞給處理器。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括電阻型溫度傳感器，所述電阻型溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)振弦式傳感器的溫度，所述振弦式傳感器傳送信號(hào)給電阻型溫度傳感器，所述電阻型溫度傳感器將差分信號(hào)傳送給通道選擇電路，能夠有效的監(jiān)測(cè)振弦式傳感器的告警。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器在所述通道選擇電路與FPGA電路之間設(shè)置有電阻-頻率轉(zhuǎn)換電路，所述通道選擇電路將電阻型溫度傳感器發(fā)出的差分信號(hào)傳送給電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路，所述電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路將產(chǎn)生的波形送入FPGA電路，所述FPGA電路產(chǎn)生該波形的輸出頻率值并將輸出頻率值送入處理器。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括內(nèi)置溫度傳感電路，還包括內(nèi)置溫度傳感電路，所述內(nèi)置溫度傳感電路用于監(jiān)測(cè)所述振弦式數(shù)據(jù)采集器的溫度，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給處理器，能夠有效的監(jiān)測(cè)本實(shí)用新型自身的告警。[0008]所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括電源電壓告警電路，當(dāng)設(shè)備的電源電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，所述電源電壓告警電路發(fā)送電平信號(hào)給處理器，能夠有效的監(jiān)測(cè)本實(shí)用新型自身的告Sfc目。[0009]所述振弦式數(shù)據(jù)采集器在振弦式傳感器與通道選擇電路之間設(shè)置有防雷保護(hù)電路，所述防雷保護(hù)電路主要由放電管、壓敏電阻和防瞬態(tài)電壓抑制器組成，所述防雷保護(hù)電路用于保護(hù)所述振弦式數(shù)據(jù)采集器不被雷電擊壞，使得本實(shí)用新型更加安全。[0010]綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是使用低壓尋頻激振方式，采集器只需要3-5次就能夠讀出傳感器的頻率值，提高了振弦式數(shù)據(jù)采集器的效率，由于所述振弦式數(shù)據(jù)采集器設(shè)置有防雷保護(hù)電路、內(nèi)置溫度傳感電路、電阻型溫度傳感器和電源電壓告警電路，使得本實(shí)用新型更加安全。


[0011]本實(shí)用新型將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中[0012]圖1是振弦式數(shù)據(jù)采集器電路原理圖。
具體實(shí)施方式
[0013]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方式
僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。[0014]如圖1所示，一種振弦式數(shù)據(jù)采集器，包括振弦式傳感器1、通道選擇電路2、激振電路3、拾振電路4、電源管理電路5和處理器6，所述通道選擇電路2主要由芯片型號(hào)為 ADG1608的8選1復(fù)選器、芯片型號(hào)為ADG1609的4選1復(fù)選器、G3VM-2光電繼電器組成， 所述激振電路3主要由芯片型號(hào)為AD5330的數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器、芯片AD827、G3VM-2光電繼電器組成，所述拾振電路4主要由芯片型號(hào)為AD827的帶通濾波器、芯片型號(hào)為AD827 的二級(jí)放大器和芯片型號(hào)為AD970的比較整形器組成，電源管理電路5主要由25W開(kāi)關(guān)電源、芯片型號(hào)為L(zhǎng)M2596-5. 0的電源轉(zhuǎn)換器、芯片型號(hào)為AM1117-3. 3的電源轉(zhuǎn)換器和芯片型號(hào)為ADP3338-1. 5的電源轉(zhuǎn)換器組成，處理器6選用C8051F340單片機(jī)；[0015]所述振弦式傳感器1將振蕩信號(hào)發(fā)送給所述通道選擇電路2，所述通道選擇電路2 將振弦式傳感器1的振蕩信號(hào)傳遞給拾振電路4，所述激振電路3產(chǎn)生脈沖信號(hào)通過(guò)通道選擇電路2激振振弦式傳感器1的鋼弦，所述拾振電路4對(duì)振蕩頻率值進(jìn)行放大整形處理，所述處理器6產(chǎn)生初試激振頻率控制字，所述處理器6接收并計(jì)算輸出頻率值，所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括FPGA電路7，所述FPGA電路選用ALTERA公司生產(chǎn)的EP1C3T144C8芯片，激振電路3、拾振電路4和處理器6均與FPGA電路7連接，處理器6發(fā)送初試激振頻率控制字給FPGA電路7，F(xiàn)PGA電路7將該初試激振頻率控制字轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的數(shù)字離散信號(hào)，所述 FPGA電路7產(chǎn)生的數(shù)字離散信號(hào)經(jīng)過(guò)激振電路3轉(zhuǎn)換成正弦模擬信號(hào)后通過(guò)所述激振電路 3的濾波器回到所述FPGA電路7，所述FPGA電路7對(duì)該正弦模擬信號(hào)整形后控制所述激振電路3產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述激振電路3產(chǎn)生脈沖信號(hào)通過(guò)通道選擇電路2激振振弦式傳感器1的鋼弦；所述FPGA電路7采樣拾振電路4的輸出頻率值并傳遞給處理器6。[0016]所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括電阻型溫度傳感器8，所述電阻型溫度傳感器8用于監(jiān)測(cè)振弦式傳感器1的溫度，所述振弦式傳感器傳送信號(hào)給電阻型溫度傳感器8，所述電阻型溫度傳感器8將差分信號(hào)傳送給通道選擇電路2。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器在所述通道選擇電路2與FPGA電路7之間設(shè)置有電阻-頻率轉(zhuǎn)換電路9，所述電阻-頻率轉(zhuǎn)換電路9主要由NE555D定時(shí)器組成，所述通道選擇電路2 將電阻型溫度傳感器8發(fā)出的差分信號(hào)傳送給電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路9，所述電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路9將產(chǎn)生的波形送入FPGA電路7，所述FPGA電路7產(chǎn)生該波形的輸出頻率值并將輸出頻率值送入處理器6。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括內(nèi)置溫度傳感電路10，所述內(nèi)置溫度傳感電路10 選用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，所述內(nèi)置溫度傳感電路10監(jiān)測(cè)所述振弦式數(shù)據(jù)采集器的溫度并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給處理器6。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器還包括電源電壓告警電路11，所述電源電壓告警電路11 采用CE8808N27M低電壓檢測(cè)電路，當(dāng)設(shè)備的電源電壓低于2. 7V時(shí)，所述電源電壓告警電路 11發(fā)送電平信號(hào)給處理器6。所述振弦式數(shù)據(jù)采集器在振弦式傳感器1與通道選擇電路2之間設(shè)置有防雷保護(hù)電路12，所述防雷保護(hù)電路12主要由氣體放電管、壓敏電阻和防瞬態(tài)電壓抑制器組成，所述防雷保護(hù)電路為成熟的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述，所述防雷保護(hù)電路用于保護(hù)所述振弦式數(shù)據(jù)采集器不被雷電擊壞。所述處理器6還可選用ARM公司生產(chǎn)的STM32F107單片機(jī)。處理器6產(chǎn)生初試頻率控制字并發(fā)送給FPGA電路7，所述FPGA電路7把初試頻率控制字轉(zhuǎn)換成該初試頻率控制字所對(duì)應(yīng)的數(shù)字離散信號(hào)，所述FPGA電路7將數(shù)字離散信號(hào)發(fā)送給激振電路3，所述激振電路3的數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器將數(shù)字離散信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦模擬信號(hào)，所述正弦模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片AD827進(jìn)行濾波處理后發(fā)送給FPGA電路7，所述FPGA 電路7對(duì)濾波后的正弦模擬信號(hào)進(jìn)行整形，然后發(fā)送給激振電路3的G3VM-2光電繼電器， 從而使所述激振電路3產(chǎn)生脈沖信號(hào)激振振弦式傳感器的剛弦。所述振弦式傳感器1產(chǎn)生的振蕩信號(hào)通過(guò)所述通道選擇電路2傳送到拾振電路 4的帶通濾波器，進(jìn)行濾波處理后送入二級(jí)放大器進(jìn)行放大，二級(jí)放大器將該信號(hào)傳送給 AD970比較器進(jìn)行整形處理，整形完成后AD970發(fā)送輸出頻率值給FPGA電路7，所述FPGA 電路7對(duì)拾振電路4的輸出頻率值進(jìn)行采樣，所述FPGA電路7發(fā)送輸出頻率值給處理器6， 處理器6讀出頻率值；處理器6判斷是否需要多次激振，當(dāng)需要多次激振的時(shí)候，根據(jù)讀出的頻率值，處理器6生成相應(yīng)的頻率控制字并將該頻率控制字發(fā)送給FPGA電路。電阻型溫度傳感器8產(chǎn)生的差分信號(hào)通過(guò)所述通道選擇電路2傳送到電阻一頻率轉(zhuǎn)換器9，電阻一頻率轉(zhuǎn)換器9將產(chǎn)生的波形發(fā)送給FPGA電路7，F(xiàn)PGA電路7產(chǎn)生該波形的輸出頻率值并將該輸出頻率值發(fā)送給處理器6，處理器6計(jì)算得出電阻型溫度傳感器8的阻值，處理器6根據(jù)電阻型溫度傳感器8提供的電阻一溫度對(duì)應(yīng)公式得出振弦式傳感器1的溫度值。本實(shí)用新型并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本實(shí)用新型擴(kuò)展到任何在本說(shuō)明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過(guò)程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求1.一種振弦式數(shù)據(jù)采集器，包括振弦式傳感器(1)、通道選擇電路(2)、激振電路(3)、 拾振電路(4)、電源管理電路(5)和處理器(6)，所述振弦式傳感器(1)將振蕩信號(hào)發(fā)送給所述通道選擇電路(2 )，所述通道選擇電路(2 )將振弦式傳感器(1)的振蕩信號(hào)傳遞給拾振電路(4 )，所述激振電路(3 )產(chǎn)生脈沖信號(hào)通過(guò)通道選擇電路(2 )激振振弦式傳感器(1)的鋼弦，所述拾振電路(4)對(duì)振蕩頻率值進(jìn)行放大整形處理，所述處理器(6)產(chǎn)生初試激振頻率控制字，所述處理器(6)接收并計(jì)算輸出頻率值，其特征在于還包括FPGA電路(7)，處理器 (6)產(chǎn)生并發(fā)送初試激振頻率控制字給FPGA電路(7)，F(xiàn)PGA電路(7)將該初試激振頻率控制字轉(zhuǎn)換成其對(duì)應(yīng)的數(shù)字離散信號(hào)，所述FPGA電路(7)產(chǎn)生的數(shù)字離散信號(hào)經(jīng)過(guò)激振電路 (3 )的數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成正弦模擬信號(hào)，該正弦模擬信號(hào)通過(guò)所述激振電路(3 )的濾波器回到所述FPGA電路(7)，所述FPGA電路(7)對(duì)該正弦模擬信號(hào)整形后控制所述激振電路(3)產(chǎn)生脈沖信號(hào)；所述FPGA電路(7)采樣拾振電路(4)的輸出頻率值并傳遞給處理器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振弦式數(shù)據(jù)采集器，其特征在于還包括電阻型溫度傳感器 (8)，所述電阻型溫度傳感器(8)用于監(jiān)測(cè)振弦式傳感器(1)的溫度，所述振弦式傳感器傳送信號(hào)給電阻型溫度傳感器(8)，所述電阻型溫度傳感器(8)將差分信號(hào)傳送給通道選擇電路(2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的振弦式數(shù)據(jù)采集器，其特征在于在所述通道選擇電路 (2 )與FPGA電路(7 )之間設(shè)置有電阻-頻率轉(zhuǎn)換電路(9 )，所述通道選擇電路(2 )將電阻型溫度傳感器(8)發(fā)出的差分信號(hào)傳送給電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路(9)，所述電阻一頻率轉(zhuǎn)換電路(9)將產(chǎn)生的波形送入FPGA電路(7)，所述FPGA電路(7)產(chǎn)生該波形的輸出頻率值并將輸出頻率值送入處理器(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振弦式數(shù)據(jù)采集器，其特征在于還包括內(nèi)置溫度傳感電路(10)，所述內(nèi)置溫度傳感電路(10)用于監(jiān)測(cè)所述振弦式數(shù)據(jù)采集器的溫度，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送給處理器(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振弦式數(shù)據(jù)采集器，其特征在于還包括電源電壓告警電路(11)，當(dāng)設(shè)備的電源電壓低于預(yù)設(shè)值時(shí)，所述電源電壓告警電路(11)發(fā)送電平信號(hào)給處理器(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振弦式數(shù)據(jù)采集器，其特征在于在振弦式傳感器(1)與通道選擇電路(2 )之間設(shè)置有防雷保護(hù)電路(12 )。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種振弦式數(shù)據(jù)采集器，包括振弦式傳感器、通道選擇電路、激振電路、拾振電路、電源管理電路和處理器，還包括FPGA電路，處理器產(chǎn)生并發(fā)送初試激振頻率控制字給FPGA電路，所述FPGA電路對(duì)該正弦模擬信號(hào)整形后控制所述激振電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)去激振振弦式傳感器，所述FPGA電路采樣拾振電路的輸出頻率值并傳遞給處理器，本實(shí)用新型使用低壓尋頻激振方式，采集器只需要3-5次就能夠讀出傳感器的頻率值，提高了振弦式數(shù)據(jù)采集器的效率，由于所述振弦式數(shù)據(jù)采集器設(shè)置有防雷保護(hù)電路、內(nèi)置溫度傳感電路、電阻型溫度傳感器和電源電壓告警電路，使得本實(shí)用新型更加安全。
文檔編號(hào)G01N29/14GK202255617SQ20112034686
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者彭堂, 徐闖, 雷輝 申請(qǐng)人:重慶恩菲斯軟件有限公司