【技术实现步骤摘要】
本技术属于岩土工程的健康监测，具体涉及一种振弦式仪器的激振装置。
技术介绍
1、岩土工程的健康监测
中，通常采用振弦式（或称钢弦式）仪器等类型的安全监测仪器实现对岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量的长期连续监测，用以跟踪监视、分析判断岩土工程的安全性态。
2、振弦式仪器（或称振弦式传感器）由一根两端固定、均质的钢弦组成。钢弦长度为l，在感知外界作用力f（可以是岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等）的时候，钢弦会产生δl的拉伸变形，在弹性范围内，同时考虑温度t的影响，f的计算表达式为：，其中，α为钢弦的线膨胀系数，t0、α、k均为已知定常数。钢弦的机械振动固有频率f可以按如下表达式获得：，其中e是钢弦的弹性模量，是钢弦材料的密度，λ是钢弦材料的泊松系数，和λ均为定常数。将上述两个表达式进行整理，将转化为f的表达式并代入f的表达式进行变量的消元操作，得出f是f和t的确定函数，因此，通过测量f和t就能实现对f的测量。一般情况下，振弦式仪器工作环境温度t的变化范围不会太大，由此可见，钢弦的振动固有频率参量f是实现f测量的最为关键的测量因子。
3、通常采用激振拾振的方法实现对振弦式仪器钢弦频率参量f的测量，将钢弦放置在激振线圈、频率测量线圈（若单线圈振弦式仪器，激振线圈和频率测量线圈合二为一，分时复用）和永磁体构成的磁场环境中，通过在激振线圈中施加交变的电流方法使钢弦受磁力作用发生机械振动并最终形成以固有频率为特征的驻波振动模态，振动的钢弦在磁场环境中作切割磁力线运动，在测量线
4、钢弦激振的传统做法是在微机系统中的单片机i/0口按照一定的频率变化规律（该频率可以是振弦式仪器频率测量范围，也可以是前一次频率测量值）发出一串连续脉冲方波作为激振信号，该激振信号通过可直接作用或通过功率放大电路再作用于振弦式仪器激振线圈上，使产生激振电流，激振电流产生交变磁场作用于钢弦之上，使之发生强迫振动。激振电流的频率变化规律与微机系统i/0口输出的脉冲方波一致，因此激振电流的脉动电流频率可通过微机系统进行调节。传统激振装置产生的激振信号波形由微机系统通过程序指令生成并输出，具有一定的灵活机动性，并可实现频率变化规律的准确控制，但依然存在一些不足：(1)同频的方波与正弦波相比，成分比较复杂，携带有较多的谐波分量，会对激振效果产生不利影响，如三倍频、五倍频的谐波分量，对钢弦的激振效果造成较大影响，会干扰钢弦驻波振动模态的形成，拉长测量过程，甚至造成钢弦无法可靠起振；(2）基于数字信号产生的方波，无论是低电平还是高电平都是正电压，对钢弦作用力呈现正向单侧方向受力的特点，对钢弦的激振效果远不如正负向双侧方向受力的情况，也将会干扰钢弦驻波振动模态的形成，拉长测量过程。上述不足导致该装置使某些激振灵敏度低的仪器难以可靠起振的问题。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对上述技术问题，本技术提供一种振弦式仪器的激振装置，通过剔除不利测量的谐波分量，获得了频谱单一、品质纯正的正弦波激励信号，提高了激励信号的精确控制能力。
2、技术方案：一种振弦式仪器的激振装置，包括依次连接的微处理器、带通滤波器和轨到轨高速运算放大器，所述轨到轨高速运算放大器的信号输出端与振弦式仪器的激振线圈两端连接。
3、优选的，所述装置还包括fh参数选择电路，所述fh参数选择电路的信号输入端与微处理器的信号输出端连接，且fh参数选择电路的信号输出端与带通滤波器连接。
4、优选的，所述装置还包括增益参数选择电路，所述增益参数选择电路的信号输入端与与微处理器的信号输出端连接，且增益参数选择电路的信号输出端与轨到轨高速运算放大器的信号输入端连接。
5、优选的，所述微处理器为at89c55wd单片机或msp430系列单片机。
6、优选的，所述带通滤波器用于滤除低频段和高频段信号分量，获得正弦波序列。
7、优选的，所述带通滤波器的滤波电路为二阶巴特沃斯滤波器电路。
8、优选的，所述轨到轨高速运算放大器实现信号跟随或者放大以及输出功率放大。
9、有益效果：本技术一种振弦式仪器的激振装置，在传统激振电路的基础上引入了带通滤波器和轨到轨高速运算放大器激振电路，经带通滤波器滤除低频段和高频段信号分量，进而获得正弦波序列，该正弦波序列再经过轨到轨高速运算放大器实现信号跟随（或放大）和输出功率放大，最后输出连接至振弦式仪器的频率测量线圈两端，在永磁体的作用下产生交变电磁力，驱动钢弦产生发生机械振动。本技术装置剔除了不利测量的谐波分量，提升了激励信号的品质，有效克服了传统激振装置因采用脉冲方波所带来的各种局限性，为振弦式仪器实现可靠的激振功能提供了解决方案，确保其获得良好的测量效果。
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1.一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：包括依次连接的微处理器、带通滤波器和轨到轨高速运算放大器，所述轨到轨高速运算放大器的信号输出端与振弦式仪器的激振线圈两端连接。
2.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：还包括fH参数选择电路，所述fH参数选择电路的信号输入端与微处理器的信号输出端连接，且fH参数选择电路的信号输出端与带通滤波器连接。
3.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：还包括增益参数选择电路，所述增益参数选择电路的信号输入端与微处理器的信号输出端连接，且增益参数选择电路的信号输出端与轨到轨高速运算放大器的信号输入端连接。
4.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：所述微处理器为AT89C55WD单片机或MSP430系列单片机。
5.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：所述带通滤波器用于滤除低频段和高频段信号分量，获得正弦波序列。
6.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：所述带通滤波器的滤波电路为二阶巴特
7.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：所述轨到轨高速运算放大器实现信号跟随或者放大以及输出功率放大。
...【技术特征摘要】
1.一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：包括依次连接的微处理器、带通滤波器和轨到轨高速运算放大器，所述轨到轨高速运算放大器的信号输出端与振弦式仪器的激振线圈两端连接。
2.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：还包括fh参数选择电路，所述fh参数选择电路的信号输入端与微处理器的信号输出端连接，且fh参数选择电路的信号输出端与带通滤波器连接。
3.根据权利要求1所述的一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于：还包括增益参数选择电路，所述增益参数选择电路的信号输入端与微处理器的信号输出端连接，且增益参数选择电路的信号输出端与轨到轨...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛良明，冯波，郭新兰，王均山，菅磊，
申请(专利权)人：南京交通职业技术学院，
类型：新型
国别省市：
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