一种通用型振弦传感器读出系统及读出方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通用型振弦传感器读出系统及读出方法，涉及振弦传感器，读出系统包括：激励单元、拾振单元、温度单元和主控单元；读出方法包括以下步骤：S1：所述MCU控制模块接收外部的测量请求，获得测量通道号，并区分为振弦测量和温度测量两条支路；S2：振弦测量；S3：温度测量；S4：所述信号通讯模块将两条支路分别测得的频率信号和温度信号分别传递至所述MCU控制模块，所述MCU控制模块综合分析频率值和温度值，计算刚弦所受应力，并反馈输出测量结果完成本次测量。本发明专利技术中，系统采用自主可控方案，摆脱了外购品模块的限制，采用两级BOOST升压模组实现大跨度电压激励，解决了大阻值、长线缆的振弦传感器难以正常起振的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种通用型振弦传感器读出系统及读出方法


[0001]本专利技术涉及振弦传感器
，具体地说涉及一种通用型振弦传感器读出系统及读出方法。

技术介绍

[0002]目前市场上所使用的振弦传感器读出设备大部分采用外购品模块或者是采用自建离散模块。分别具有以下缺陷：
[0003]1、外购品模块价格昂贵，厂商支持薄弱，供货易受影响；
[0004]2、由于采集现场存在多样性和不确定性，接入的振弦传感器存在线圈阻值跨度较大、线缆长度较长的问题，导致自建离散模块复用不便利，较难正常激励起振。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种简单实用，且支持大阻值、长线缆振弦传感器正常起振的通用型振弦传感器读出系统及读出方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种通用型振弦传感器读出系统，涉及振弦传感器，包括：
[0007]激励单元，用于产生激励电压信号以驱动振弦传感器线圈，包括激励产生模块和激励输出选通模块，所述激励产生模块包括用于实现大跨度电压激励的两级BOOST升压模组；
[0008]拾振单元，用于捕获频率信号，所述激励单元接入至所述拾振单元，所述拾振单元包括拾振选通输入模块和拾振采集模块；
[0009]温度单元，用于测量环境温度，所述包括温度选通模块和温度采集模块；
[0010]主控单元，用于传输并处理信号，所述拾振单元和温度单元分别接入至所述主控单元，所述主控单元包括MCU控制模块和信号通讯模块。
[0011]进一步地，所述两级BOOST升压模组包括一级BOOST和二级BOOST，所述一级BOOST受控于集成芯片，所述二级BOOST受控于MCU，所述二级BOOST的输入端连接至所述一级BOOST的输出端，所述一级BOOST与所述二级BOOST均具有利用对地回路关断时电感的感应电动势抬升输出电压的动态变化。
[0012]进一步地，所述二级BOOST包括电压采样电路、电流采样电路和MOS管驱动电路；
[0013]所述电压采样电路构成输出电压闭环控制，用于稳定输出电压值，所述电流采样电路构建电流闭环控制，用于配合电压闭环控制来判断振弦传感器线圈阻值并做出短路检测，所述MOS管驱动电路中MOS管的开通与关断受控于MCU。
[0014]进一步地，所述激励产生模块还包括激励电源模组，所述激励电源模组经由外部接口连接至外部电压源，当外部电压源采用高压脉冲激励时，所述激励电源模组作为泵压源，表现为高压脉冲，脉冲峰值最高抬升至180V，当外部电压源采用低压扫频激励时，所述激励电源模组作为扫频电压，表现为低压扫频，扫频电压稳定在12V；
[0015]所述激励电源模组的输出端连接至所述两级BOOST升压模组的输入端，当所述激励电源模组表现为高压脉冲时，所述一级BOOST使能，输出电压为36V，所述二级BOOST工作，输出电压为36～180V，当所述激励电源模组表现为低压扫频时，所述一级BOOST关断，输出电压与所述激励电源模组的电压保持一致，所述二级BOOST工作，输出电压固定为12V。
[0016]进一步地，所述激励输出选通模块包括四选一分时复用电路组，用于单次仅激励单个振弦传感器通道，所述四选一分时复用电路组的开关选用NMOS加高边栅极驱动器IC的高侧开关；
[0017]所述激励电源模组的输出端连接至所述激励输出选通模块的输入端，当所述激励电源模组表现为高压脉冲时，所述四选一分时复用电路组的高侧开关具有单个开通或关断的动作，并可向振弦传感器释放一个高压脉冲，当所述激励电源模组表现为低压扫频时，所述四选一分时复用电路组的高侧开关具有周期性打开或关断的动作，并可向振弦传感器发送逐步提升的周期性低压脉冲。
[0018]进一步地，所述拾振选通输入模块连通至所述激励输出选通模块和振弦传感器的线圈节点，所述拾振选通输入模块包括与所述四选一分时复用电路组逐一对应连接的拾振选通输入电路组，用于导通自主振动的振弦传感器的回传信号，所述拾振选通输入电路组的开关选用BJT驱动固态继电器IC的高侧开关。
[0019]进一步地，所述拾振采集模块包括拾振采集电路组，用于将振弦传感器的回传信号整形为所述MCU控制模块可测量的频率信号；
[0020]所述拾振采集电路组包括用于分压防过冲的分压电阻、用于滤除杂波并将信号抬升的二阶滤波器以及用于与期望值比较并滤除幅值较低的微弱信号的比较器。
[0021]进一步地，所述温度选通模块包括与所述四选一分时复用电路组逐一对应连接的四选一通道复用电路组，用于导通振弦传感器所处环境温度信号；
[0022]所述温度采集模块包括二选一开关选择电路组，用于判定接入温度传感器的类型并进行温度信号的测量和读取。
[0023]进一步地，所述MCU控制模块包括用于读取模拟式温度传感器模拟量和所述二级BOOST电流电压模拟量的AD端、用于捕获振弦频率和读取数字式温度传感器值的定时器、用于控制所述二级BOOST升压倍率的PWM端以及用于控制各项使能和复用选择的GPIO端；
[0024]所述信号通讯模块包括用于对外通讯的TTL串口以及用于指示模块运行状态并接收外部复位请求的对外接口。
[0025]一种通用型振弦传感器读出方法，采用通用型振弦传感器读出系统，所述方法包括以下步骤：
[0026]S1：所述MCU控制模块接收外部的测量请求，获得测量通道号，并区分为振弦测量和温度测量两条支路；
[0027]S2：振弦测量时，首先判定振弦传感器是否接入并测量振弦传感器的线圈阻值，接着根据线圈阻值大小选择所述激励产生模块的激励方式和激励电压，再打开所述激励输出选通模块的开关使振弦传感器起振，延时等待振弦传感器起振，随后打开拾振选通输入模块的开关处理并导通振弦传感器的回传信号，最后由所述拾振采集模块捕获回传信号，并整形可测量的频率信号；
[0028]S3：温度测量时，首先判定接入的温度传感器的类型，再选通对应的测量回路，最
后进行温度传感器环境温度值的测量或读取；
[0029]S4：所述信号通讯模块将两条支路分别测得的频率信号和温度信号分别传递至所述MCU控制模块，所述MCU控制模块综合分析频率值和温度值，计算刚弦所受应力，并反馈输出测量结果完成本次测量。
[0030]本专利技术的有益效果体现在：
[0031]本专利技术中，为了应对振弦传感器阻值多样性、现场接线长度不确定性的多样化工况，开发一款通用型振弦传感器读出系统：一方面，本系统采用自主可控方案，结构简单、易于实现，不仅适用于常见类型及施工工程用的振弦传感器，还摆脱了外购品模块的限制；另一方面，采用两级BOOST升压模组实现大跨度电压激励，解决了大阻值、长线缆的振弦传感器难以正常起振的问题。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例的一级BOOST电路图。
[0033]图2是本专利技术实施例的一级BOOST的另一电路图。
[0034]图3是本专利技术实施例的二级BOO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用型振弦传感器读出系统，涉及振弦传感器，其特征在于，包括：激励单元，用于产生激励电压信号以驱动振弦传感器线圈，包括激励产生模块和激励输出选通模块，所述激励产生模块包括用于实现大跨度电压激励的两级BOOST升压模组；拾振单元，用于捕获频率信号，所述激励单元接入至所述拾振单元，所述拾振单元包括拾振选通输入模块和拾振采集模块；温度单元，用于测量环境温度，所述包括温度选通模块和温度采集模块；主控单元，用于传输并处理信号，所述拾振单元和温度单元分别接入至所述主控单元，所述主控单元包括MCU控制模块和信号通讯模块。2.如权利要求1所述的通用型振弦传感器读出系统，其特征在于：所述两级BOOST升压模组包括一级BOOST和二级BOOST，所述一级BOOST受控于集成芯片，所述二级BOOST受控于MCU，所述二级BOOST的输入端连接至所述一级BOOST的输出端，所述一级BOOST与所述二级BOOST均具有利用对地回路关断时电感的感应电动势抬升输出电压的动态变化。3.如权利要求2所述的通用型振弦传感器读出系统，其特征在于：所述二级BOOST包括电压采样电路、电流采样电路和MOS管驱动电路；所述电压采样电路构成输出电压闭环控制，用于稳定输出电压值，所述电流采样电路构建电流闭环控制，用于配合电压闭环控制来判断振弦传感器线圈阻值并做出短路检测，所述MOS管驱动电路中MOS管的开通与关断受控于MCU。4.如权利要求2所述的通用型振弦传感器读出系统，其特征在于：所述激励产生模块还包括激励电源模组，所述激励电源模组经由外部接口连接至外部电压源，当外部电压源采用高压脉冲激励时，所述激励电源模组作为泵压源，表现为高压脉冲，脉冲峰值最高抬升至180V，当外部电压源采用低压扫频激励时，所述激励电源模组作为扫频电压，表现为低压扫频，扫频电压稳定在12V；所述激励电源模组的输出端连接至所述两级BOOST升压模组的输入端，当所述激励电源模组表现为高压脉冲时，所述一级BOOST使能，输出电压为36V，所述二级BOOST工作，输出电压为36～180V，当所述激励电源模组表现为低压扫频时，所述一级BOOST关断，输出电压与所述激励电源模组的电压保持一致，所述二级BOOST工作，输出电压固定为12V。5.如权利要求4所述的通用型振弦传感器读出系统，其特征在于：所述激励输出选通模块包括四选一分时复用电路组，用于单次仅激励单个振弦传感器通道，所述四选一分时复用电路组的开关选用NMOS加高边栅极驱动器IC的高侧开关；所述激励电源模组的输出端连接至所述激励输出选通模块的输入端，当所述激励电源模组表现为高压脉冲时，所述四选一分时复用电路组的高侧开关具有单个开通或关断的动作，并可向振弦传感器释放一个高压脉冲，当所述激励电源模组表现...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘顺，熊渐，柯海良，李俊杰，胡灿，杨纯宇，
申请(专利权)人：武汉华和物联技术有限公司，
类型：发明
国别省市：