可直读物理量的振弦传感器制造技术

由于振弦传感器测量的物理量与输出信号存在非线性关系和离散性，因而每只传感器必需配备自身特定的标定数据用于将测得的频率信号到物理量的数据转换运算，又由于工程监测中振弦传感器使用量少则几十只、多则几百只，所以测量工作繁重。为解决这一技术问题，本实用新型专利技术提出了在传感器中增设以ＣＰＵ为核心的电子处理部分，由存贮器单元存贮其标定数据内容，并进行内部数据转换；本技术还通过通讯接口设计，由一根双芯屏蔽电缆线完成电源供给和数据传输的双重工作任务，解决了传感器使用低成本电缆线传输的技术问题。本技术方案具有测量操作简便、测量数据稳定、精度高的特点。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及的是完成压力、应变、位移等物理量测量的振弦传感器的改进技术。
技术介绍
振弦式传感器以结构简单、长期观测性能稳定、可靠等著多优点被广泛应用在路基、桥涵、隧道、水电大坝等岩土和钢筋混凝土建筑工程的监测当中。众所周知，由于振弦传感器要测量的物理量与输出信号之间存在非线性关系和离散性，既使是同一型号、同一规格的传感器产品，其标定数据都不能共用，因此每一只出厂的振弦传感器都必须佩备自身特定的标定数据；而且在实际检测监测中，需以每一只传感器的标定数据为依据逐只进行从测量频率到物理量的转换运算，工程监测项目中使用的振弦传感器数量少则几十只、多则几百只，因而其测量工作不仅繁琐，并且工作量相当大，若某只传感器丢失了标定数据或与其它传感器标定数据混淆时，则该传感器既使完好也丧失了检测物理量的功能。另外一点是现有的振弦传感器技术中，传感器电缆都是用来传输微弱的传感变送电信号，由于长线电缆存在相对不可忽视的寄生电容等负面影响，其变送信号极容易被干扰信号“淹没”，而导致其测量的准确性和可靠性都难以达到理想状态。
技术实现思路
振弦传感器使用中，为了摆脱标定数据及其数据转换运算给人工检测操作带来的种种麻烦，并使振弦传感器电缆线既能以通讯方式传输数据又能实现电源供给，本技术提供了一整套高准确度振弦传感器技术方案，该技术方案的主要
技术实现思路
是本振弦传感器的壳体中设有振弦机构、电磁感应机构，电连接电缆将传感器与外部设备电连接，本振弦传感器中还设有电子控制部分，该电子控制部分以CPU中央控制单元为核心，与其连接设有存贮器单元、通讯接口转换单元和电源部分；电磁感应机构的感应线圈和其信号传输通道连接于CPU中央控制单元的I/O端口上构成CPU中央控制单元的信号采集通道，接于该信号采集通道中设有由CPU中央控制单元一I/O端口作为指令线控制的可控开关；通讯接口转换单元设置于CPU中央控制单元串行接口与二线制外接电缆之间，是用于实现接口转换和完成信号输入、输出的控制和运行，外接电缆与通讯接口转换单元的连接点后的延伸侧连接设置有电子控制部分的电源部分，和分别接于二线制电缆线上由CPU中央控制单元指令线控制电源部分与外接电缆连接通断的可控开关。本技术所公开的可直读物理量的振弦传感器，由其中的存贮器单元来存贮传感器自身的标定数据内容，通过CPU中央控制单元根据实际工作过程及运行状况需要，随时调取存储的标定数据内容，而且还可直接以标定数据内容为依据对实际采集的传感感应信号进行数据转换运算，并通过相应的数据传输线进行监测数据的传递。由于本技术方案的振弦传感器中既以固化了其自身特定的标定数据内容，计算机中央控制系统的设计还可在传感测量中自动进行运算转换操作，因而无需大量的人工测量操作，为实现工程监测的自动化创造了条件。而采用上述技术手段首先遇到的技术难题就是如何解决单片机计算机系统工作电源输入和传感变送信号输送的问题，若采用各自独立传输方式，那么每只传感器就需由四芯屏蔽电缆线完成电连接，电连接成本的畸高会严重抑制本技术有效推广应用，本技术技术方案通过电缆线上的可控开关和通讯转换接口单元的整体设计，即可巧妙地由一根二芯屏蔽电缆线来担当电源供给、传感变送信号的双重传导任务，简化了电连接结构、降低了电连接成本。另外，本技术方案改变了已往直接传送微弱传感信号的传输方式，可直接传送已转换为物理量的数字信号，测量数据稳定，因而避免了长距离传输中干扰信号对测量传感信号的负面影响，其监测的准确性和可靠性大大提高。附图说明图1为本技术振弦传感器的电路组成框图图2为本振弦传感器的一具体实施例的电路原理图。具体实施方式本技术的可直读物理量振弦传感器中的振弦机构和电磁感应机构可采用已有结构设置安装，为将其自身的传感器标定数据内容固化其中，并可根据实际需要随时调取使用，本振弦传感器中还设有电子控制部分，本电子控制那分是以CPU中央控制单元1为核心，与其连接还设有存贮器单元2、信号采集单元4和通讯接口转换单元3共同构成的，CPU中央控制单元1为单片机控制芯片，存贮器单元2、信号采集单元4和通讯接口转换单元3均在本中央控制单元1的控制下完成各自工作。本实施例中，存贮器单元2采用的是EEPROM，主要用于存贮本传感器自身的标定数据内容，CPU中央控制单元1通过I2C总线对该单元进行读写操作；若CPU芯片内已固化有EEPROM，则无需再外设一存贮器单元。电磁感应机构的感应线圈L通过隔直电容C2和其感应信号放大电路AV所构成的传输通道连接于CPU中央控制单元的一输入接口IN，构成了本CPU中央控制单元的信号采集通道4，接于感应线圈L的激励信号连接线上设有由CPU中央控制单元1的一I/O端口作为指令线CN4控制的可控开关K3。通讯接口转换单元3是连接沟通电子控制部分与外接电缆线的接口机构，在本技术中，外接电缆线为二线Line1、Line2传输的双芯屏蔽电缆线，该二线制电连接线Line1、Line2上各串接设置一可控开关K1、K2后接入电源部分5，可控开关K1、K2均由CPU中央控制单元的指令线CN1、CN2发出控制指令，可控开关K1、K2的前端与CPU中央控制单元1的串行接口之间设有通讯接口转换单元COMM，对可控开关K1、K2进行相应通断控制就可使电连接线Line1、Line2分别构成通讯接口转换单元3的一输入、输出串行传输接口，其通讯转换接口单元选用不同的通讯接口电路用于实现不同的通讯方式，如图2所示，该单元3采用M3471芯片用于实现RS-485通讯，可采用MAX3226芯片用于实现RS-232通讯。其可控开关可采用图2中所示的开关三极管控制电路，如T1.R1、T2.R2的电路组成结构，也可采用可控硅控制电路，如图2中的可控硅MCR和电阻R3、单向二极管D1的电路组成结构，还可采用IC开关控制电路或无触点继电器控制电路等具体电路结构形式。可控开关K1、K2后的延伸侧的电源部分为电子控制部分提供工作电源，本电源部分是由稳压管WD3和电解电容CD1并联构成的。为保护本传感器中的电子控制部分不受高压信号破坏，在电连接线Line1、Line2之间设有高压保护电路BH，该保护电路BH可由稳压二极管或瞬态抑制器TVS对接构成。本技术振弦传感器的工作过程是本振弦传感器在初始状态下，由其I/O端口指令线CN1、CN2发出控制指令，使可控开关K1、K2导通，使电连接线Line1、Line2作为电源线，由测量仪器经Line1、Line2向传感器内电子控制部分提供工作电源；此后，测量仪器经该电缆线和通讯接口转换单元3向CPU中央控制单元1发送测量指令，其CPU中央控制单元1由指令线CN4使信号采集单元4的可控开关K3导通，并对电磁线圈L进行激励，使钢弦在磁场中振动由电磁线圈L产生感应信号，经隔直电容C2、放大电路AV，输入CPU中央控制单元1采集数据，并由CPU中央控制单元1调取存贮器单元2中的标定数据内容进行转换运算，将其传感变送信号转换为物理量，由电连接线Line1、Line2对外传输；CPU中央控制单元1在通讯操作中，由其指令信号经CN3将通讯接口转换单元设置为输出状态，同时软件设计中使内部检测串行接口RXD、TXD的高低电平信号，当检测TXD为高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可直读物理量振弦传感器，其壳体中设有振弦机构、电磁感应机构，电连接电缆将传感器与外部设备电连接，其特征在于其中还设有电子控制部分，该电子控制部分以ＣＰＵ中央控制单元（１）为核心，与其连接设有存贮器单元（２）、通讯接口转换单元（３）和电源部分（５）；电磁感应机构的感应线圈（Ｌ）和其信号传输通道连接于ＣＰＵ中央控制单元的Ｉ／Ｏ端口上构成ＣＰＵ中央控制单元的信号采集通道（４），接于该信号采集通道中设有由ＣＰＵ中央控制单元一Ｉ／Ｏ端口作为指令线控制的可控开关（Ｋ３）；通讯接口转换单元（３）设置于ＣＰＵ中央控制单元串行接口与二线制外接电缆之间，外接电缆与通讯接口转换单元的连接点后的延伸侧连接设置有电子控制部分的电源部分，和分别接于二线制电缆线上由ＣＰＵ中央控制单元指令线控制电源部分与外接电缆连接通断的可控开关（Ｋ１、Ｋ２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，
申请(专利权)人：杨毅，
类型：实用新型
国别省市：21[中国|辽宁]