一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法技术

本发明专利技术公开了一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法，包括两端被固定在膜片上的钢弦、设置在钢弦正下方的线圈，以及用于识别线圈的输出数据的读数仪，线圈并联连接有用于监测钢弦的环境温度的复合标签，线圈和复合标签的并联连接端通过1Wire信号线与读数仪连接；复合标签由温度传感器和1Wire芯片并联组成，温度传感器和1Wire芯片并联后的两个引脚分别与线圈的两端并联分别形成两个1Wire端口，读数仪通过1Wire信号线与线圈、温度传感器和1Wire芯片进行双向数据传输；本发明专利技术既可以同步实现温度实时获取和传感器参数信息，同时也可以检测到钢弦的共振频率，并获取经过温度修正的钢弦应力状态变化。

【技术实现步骤摘要】
一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法
本专利技术涉及振弦传感器
，具体涉及一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法。
技术介绍
振弦式传感器也叫做钢弦式传感器，是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。钢弦式传感器具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强(近距离)、测值可靠、精度与分辨力高和稳定性好等优点；其输出为频率信号(一般为mV级正弦波)，广泛应用于岩土、混凝土、钢结构工程测试中。钢弦和制作振弦传感器的材料均会受到温度变化的影响而产生胀缩，故此温度变化会影响到钢弦的频率，而钢弦的振动频率会受到环境温度的影响，必须加以屏蔽消除，否则会严重降低传感器测量精度，且在计算钢弦所受到的张力时，需要测量传感器当前频率，并使用出厂频率和钢弦的长度、材料密度等参数，共同完成物理量的计算。但是现有的振弦传感器还存在的缺陷如下：(1)利用热敏电阻监测实时温度，热敏电阻和振弦传感器本身的数据引出线大多为三线制或者四线制，由于在振弦传感器的应用过程中，每个传感器的线缆长度一般为几十米甚至数百米，线缆往往占整个传感器成本的30％～70％，且技术人员往往为了追求效率、降低工作强度而仅仅对钢弦的振动频率进行测量，导致热敏电阻测量温度的方式并不实用。(2)大多在振弦式传感器上利用金属标签的方式标注出厂频率和钢弦的长度、材料密度等参数，导致使用不便，计算钢弦所受到张力的难度提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法，以解决现有技术中线缆长，耗费大且利用金属标签的方式标注出厂频率和钢弦的长度、材料密度等参数，导致使用不便，计算钢弦所受到张力的难度提高的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术具体提供下述技术方案：一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，包括两端被固定在膜片上的钢弦以及设置在所述钢弦正下方的线圈，所述线圈并联连接有用于监测所述钢弦的环境温度的复合标签，所述线圈和所述复合标签的并联连接端通过1Wire信号线连接有读数仪；所述复合标签由温度传感器和1Wire芯片并联组成，所述温度传感器和1Wire芯片并联后的两个引脚分别与所述线圈的两端并联形成两个1Wire端口，两个所述1Wire端口分别通过1Wire信号线与所述读数仪连接，所述读数仪通过所述1Wire信号线与所述线圈、温度传感器和1Wire芯片进行双向数据传输。作为本专利技术的一种优选方案，所述读数仪通过所述1Wire信号线具有数据读取功能和数据发送功能，所述读数仪向所述线圈发出激励信号以监测所述钢弦的应力变化，且所述读数仪用于读取所述线圈发送的信号以及读取所述温度传感器和1Wire芯片的数据信息。作为本专利技术的一种优选方案，所述温度传感器用于实时监测所述钢弦所处的环境温度，且所述1Wire芯片用于存储所述温度传感器以及所述钢弦的参数信息。作为本专利技术的一种优选方案，所述读数仪包括微处理器单元，与所述微处理器单元连接的线路切换器、以及与所述微处理器单元连接的频率测量电路和温度测量电路，所述频率测量电路和温度测量电路通过所述线路切换器与所述1Wire信号线连接；所述温度测量电路用于识别所述温度传感器的输出数据且读取所述1Wire芯片存储的关于所述温度传感器和所述钢弦的参数信息；所述频率测量电路用于识别所述线圈的输出数据。作为本专利技术的一种优选方案，所述线圈所在电路串联连接有二极管D1，所述复合标签所在电路串联连接有二极管D2和电阻R1，且所述复合标签的两端并联连接有稳压二极管D3，所述二极管D1和所述二极管D2的连接方向相反。作为本专利技术的一种优选方案，所述1Wire芯片的电源引脚短接到所述温度传感器的接地引脚，且所述接地引脚短接后作为整个所述复合标签的标签负极，所述温度传感器的数据管脚作为整个所述复合标签的标签数据引脚；所述标签负极和所述标签数据引脚分别与所述线圈的两端并联且分别形成两个1Wire端口。为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器的检测方法，包括以下步骤：步骤100、制作二线制振弦传感器，将复合标签内置与振弦传感器的内部，振弦传感器复合标签使用两个二极管D1和D2将两路极性进行隔离，利用连接测线A、B构成了双极性并联电路；步骤200、接入读数仪，且利用读数仪在复合标签的存储芯片内标定频率-物理量参数和温度-物理量参数；步骤300、定时读取所述振弦传感器监测到的频率数据，以及所述复合标签监测的温度数据，并且计算温度校正后的所述振弦传感器的应力变化。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤200中，所述温度-物理量参数具体为钢弦的热膨胀系数，所述频率-物理量参数具体为钢弦弹性模量、钢弦截面积、钢弦的长度和材料密度。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤300中，计算所述振弦传感器温度校正后的应力变化的具体实现步骤为：步骤301、启动微处理单元MCU控制的四个线路切换器，实现测量线路选择和正负极切换功能；步骤302、微处理单元MCU控制线路切换器将连接测线A、B切换至温度测量电路，微处理单元MCU控制所述温度测量电路检测连接的复合标签，并读取复合标签的温度值和内部存储的传感器基本信息；步骤303、微处理单元MCU控制线路切换器将连接测线A、B切换至频率测量电路，且微处理单元MCU控制频率测量电路检测连接的振弦传感器线圈，并向线圈发送激励信号并读取线圈的返回信号得到频率值；步骤304、将得到的复合标签的温度值、内部存储的传感器基本信息以及频率值代入钢弦的应变公式内，计算排除环境温度对频率造成影响的钢弦应变值。作为本专利技术的一种优选方案，排除环境温度对频率造成影响的钢弦的应变公式为：其中ρ为钢弦密度，L为钢弦长度；E为钢弦弹性模量；A为钢弦截面积；f0为传感器未受力时的初始频率值，f为受力后的频率值；Δt为温度改变量，α为热膨胀系数。本专利技术与现有技术相比较具有如下有益效果：本专利技术将复合标签代替现有技术中的热敏电阻来监测温度变化，既可以同步实现温度实时获取和传感器参数信息，同时也可以检测到钢弦的共振频率，通过计算公式结合共振频率和温度参数，可以同步获取经过温度修正的钢弦应力状态变化。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。图1为本专利技术实施例提供的二线制振弦传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的二线制振弦传感器检测方法的流程示意图。图中的标号分别表示如下：1-钢弦；2-线圈；3-读数仪；4-复合标签；5-1Wire信号线；31-微处理器单元；32-线路切换器；33-频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，包括两端被固定在膜片上的钢弦(1)以及设置在所述钢弦(1)正下方的线圈(2)，其特征在于：所述线圈(2)并联连接有用于监测所述钢弦(1)的环境温度的复合标签(4)，所述线圈(2)和所述复合标签(4)的并联连接端通过1Wire信号线(5)连接有读数仪(3)；/n所述复合标签(4)由温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联组成，所述温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联后的两个引脚分别与所述线圈(2)的两端并联形成两个1Wire端口，两个所述1Wire端口分别通过1Wire信号线(5)与所述读数仪(3)连接，所述读数仪(3)通过所述1Wire信号线(5)与所述线圈(2)、温度传感器(41)和1Wire芯片(42)进行双向数据传输。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，包括两端被固定在膜片上的钢弦(1)以及设置在所述钢弦(1)正下方的线圈(2)，其特征在于：所述线圈(2)并联连接有用于监测所述钢弦(1)的环境温度的复合标签(4)，所述线圈(2)和所述复合标签(4)的并联连接端通过1Wire信号线(5)连接有读数仪(3)；
所述复合标签(4)由温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联组成，所述温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联后的两个引脚分别与所述线圈(2)的两端并联形成两个1Wire端口，两个所述1Wire端口分别通过1Wire信号线(5)与所述读数仪(3)连接，所述读数仪(3)通过所述1Wire信号线(5)与所述线圈(2)、温度传感器(41)和1Wire芯片(42)进行双向数据传输。


2.根据权利要求1所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述读数仪(3)通过所述1Wire信号线(5)具有数据读取功能和数据发送功能，所述读数仪(3)向所述线圈(2)发出激励信号以监测所述钢弦(1)的应力变化，且所述读数仪(3)用于读取所述线圈(2)发送的信号以及读取所述温度传感器(41)和1Wire芯片(42)的数据信息。


3.根据权利要求2所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述温度传感器(41)用于实时监测所述钢弦(1)所处的环境温度，且所述1Wire芯片(42)用于存储所述温度传感器(41)以及所述钢弦(1)的参数信息。


4.根据权利要求2所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述读数仪(3)包括微处理器单元(31)，与所述微处理器单元(31)连接的线路切换器(32)、以及与所述微处理器单元(31)连接的频率测量电路(33)和温度测量电路(34)，所述频率测量电路(33)和温度测量电路(34)通过所述线路切换器(32)与所述1Wire信号线(5)连接；
所述温度测量电路(34)用于识别所述温度传感器(41)的输出数据且读取所述1Wire芯片(42)存储的关于所述温度传感器(41)和所述钢弦(1)的参数信息；
所述频率测量电路(33)用于识别所述线圈(2)的输出数据。


5.根据权利要求1所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述线圈(2)所在电路串联连接有二极管D1，所述复合标签所在电路串联连接有二极管D2和电阻R1，且所述复合标签的两端并联连接有稳压二极管D3，所述二极管D1和所述二极管D2的连接方向相反。


6.根据权利要求1所述的一种带有温度检测功能的二...

【专利技术属性】
技术研发人员：许利凯，杨硕稳，蔡伟，
申请(专利权)人：河北稳控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13