一种多用途无线应变信号采集装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及应变信号处理技术和无线信号采集技术领域，提供了一种多用途无线应变信号采集装置及方法

【技术实现步骤摘要】
一种多用途无线应变信号采集装置及方法


[0001]本专利技术涉及应变信号处理技术和无线信号采集
，特别涉及一种多用途无线应变信号采集装置及方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
，并不必然构成现有技术
。
[0003]应变信号采集系统是一种重要的测试和监测系统，广泛应用于工程结构
、
材料力学
、
地震学
、
生物医学等领域
。
在材料力学研究中，应变信号采集系统可用于测量材料的应力
‑
应变曲线
、
疲劳性能
、
塑性行为等，为材料的设计和优化提供数据支撑
。
在结构工程领域，应变信号采集系统可用于对桥梁
、
建筑物等结构的受力性能进行监测，及时发现结构缺陷和安全隐患
。
在地震学领域，应变信号采集系统可用于地震波的传播和反演研究，提高地震预警和应急响应能力
。
在生物医学领域，用于监测人体生命体征，包括心跳
、
呼吸频率和运动感应
。
最近，随着科技的发展，应变监测的需求日益增长
。
然而，应变监测应用的范围之一是民用结构
、
风力涡轮机
、
飞机结构和部件的结构健康监测
(SHM)。
物体产生形变后，会破坏物体原有的机械性能，当机械性能因为物体变形而衰减到一定程度时，会导致机械结构失效，给生产
、
生活带来毁灭性灾难
。
检测这类结构上的微应变
(
με
)
以发现可能导致结构失效的裂纹扩展是至关重要的
。
应变信号采集系统的研究和发展已经成为科学
的一个重要课题，对推动工程技术的进步和实现可持续发展目标具有重要意义
。
[0004]目前，国内外应变信号采集系统，因其所处的应用环境原因存在以下弊端：
[0005]首先是应变信号采集系统的功耗问题，目前国内外应变信号采集系统由于其较高的功耗，导致其在独立电池供电应用时，没有可靠的运行时间，从而导致系统的瘫痪
。
其次，对于大量的应变信号数据，没有合适的数据采集传输方案，导致数据的丢失以及传输的时延很高
。
最后，由于其高质量的传感器和电子元件，以及复杂的电路和算法的原因，导致其成本较高
。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种多用途无线应变信号采集装置及方法，能在被监测对象在发生结构故障之前监测到严重的应变，来避免严重的结构损坏导致所造成的故障问题，降低财产损失，可以实现多场景的应变信号采集，结构简单，携带方便，同时具有易于安装调试的优势
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术第一个方面提供了一种多用途无线应变信号采集装置
。
[0009]一种多用途无线应变信号采集装置，包括：依次连接的应变传感器模块
、
前置放大模块
、
信号调理模块
、
模数转换模块和数据处理模块；
[0010]所述应变传感器模块包括若干个被贴在被监测物体表面的应力片和惠斯通电桥，所述惠斯通电桥连接应力片，所述惠斯通电桥用于监测应力片的电阻变化量所对应的输出
电压；所述应力片的电阻变化量通过应力片监测被监测物体表面产生形变时得到；
[0011]所述数据处理模块，用于根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小
。
[0012]进一步地，所述前置放大模块，用于放大应变传感器模块输出的信号
。
[0013]进一步地，所述信号调理模块，用于对前置放大模块输出的信号进行包括滤波
、
放大和线性处理
。
[0014]进一步地，所述模数转换模块，用于将信号调理模块输出的连续变化的模拟信号按照一定的采样率离散化为数字数据
。
[0015]进一步地，所述数据处理模块通过数据传输模块连接云端服务器和
/
或终端
。
[0016]进一步地，所述根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小的过程采用以下公式：
[0017]ε
＝4×
(1/K
×
E)
×
U0
[0018]其中，
ε
表示应变，
K
表示应变片常数，
E
表示惠斯通电桥的供电电压，
U0
表示输出电压
。
[0019]本专利技术第二个方面提供了一种多用途无线应变信号采集方法
。
[0020]一种多用途无线应变信号采集方法，采用第一个方面所述的多用途无线应变信号采集装置，包括：
[0021]采用应力片采集被监测物体表面产生的形变，并根据所述形变产生对应的电阻变化量；
[0022]采用惠斯通电桥获取电阻变化量，得到输出电压；
[0023]根据电阻变化量和输出电压，采用数据处理模块，计算应变大小
。
[0024]本专利技术第三个方面提供了一种多用途无线应变信号采集方法
。
[0025]一种多用途无线应变信号采集方法，包括：
[0026]获取因应力片形变产生的电阻变化量；
[0027]根据电阻变化量，得到惠斯通电桥的输出电压；
[0028]根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小；
[0029]其中，所述应力片形变是由被监测物体表面形变产生的
。
[0030]进一步地，所述根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小的过程采用以下公式：
[0031]ε
＝4×
(1/K
×
E)
×
U0
[0032]其中，
ε
表示应变，
K
表示应变片常数，
E
表示惠斯通电桥的供电电压，
U0
表示输出电压
。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0034]本专利技术提供了一种低成本的应变信号采集装置的低成本设计，极大的降低了应变信号采集装置的应用成本，使本专利技术可以适用于各式各样的测量环境同时又不失测量精度，提高了应变信号采集装置的应用市场
。
[0035]本专利技术提供了一种应变信号采集时，系统运行工作的低功耗方案来应对系统在独立电池供电工作时，应变信号采集装置的工作时间受限于电池容量和电池的充电周期
。
一旦电池电量耗尽，系统将无法正常工作这可能会导致系统中断和数据丢失以及系统瘫痪所导致无法及时的对被监测结构发生结构损坏所造成的事故
。
[0036]本专利技术还具有布设简单等优势本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，包括：依次连接的应变传感器模块
、
前置放大模块
、
信号调理模块
、
模数转换模块和数据处理模块；所述应变传感器模块包括若干个被贴在被监测物体表面的应力片和惠斯通电桥，所述惠斯通电桥连接应力片，所述惠斯通电桥用于监测应力片的电阻变化量所对应的输出电压；所述应力片的电阻变化量通过应力片监测被监测物体表面产生形变时得到；所述数据处理模块，用于根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小
。2.
根据权利要求1所述的多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，所述前置放大模块，用于放大应变传感器模块输出的信号
。3.
根据权利要求1所述的多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，所述信号调理模块，用于对前置放大模块输出的信号进行包括滤波
、
放大和线性处理
。4.
根据权利要求1所述的多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，所述模数转换模块，用于将信号调理模块输出的连续变化的模拟信号按照一定的采样率离散化为数字数据
。5.
根据权利要求1所述的多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，所述数据处理模块通过数据传输模块连接云端服务器和
/
或终端
。6.
根据权利要求1所述的多用途无线应变信号采集装置，其特征在于，所述根据电阻变化量和输出电压，计算应变大小的过程采用以下公式：
ε

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉冰，蔚承功，禹继国，董安明，张丽，王桂娟，田祥，荆传礼，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：