一种振弦式仪器的激振装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种振弦式仪器的激振装置，该装置包括依次连接的SPWM波发生器、滤波电路和激振信号开关电路，SPWM波发生器生成SPWM波并将其输入至滤波电路，滤波电路进行滤波得到正弦波形信号，滤波电路的输出连接至振弦式仪器中的频率测量线圈两端，从而将正弦波形信号施加在频率测量线圈两端，在永磁体的作用下产生交变电磁力，驱动钢弦产生谐振，所述激振信号开关电路实现正弦波形信号的开关。该装置产生的脉冲宽度按正弦波形规律变化的SPWM波形激振信号，提高了激振信号的精确控制能力，解决了传统激振装置采用脉冲方波所产生的各种局限性。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及岩土工程的健康监测
，特别是应用于岩土工程的安全监测仪器中的振弦式仪器的激振装置。
技术介绍
在对岩土工程的安全监测中，通常采用振弦式(或称钢弦式)仪器等安全监测仪器监测岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量，用以分析判断岩土工程的安全。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AL的拉伸变形，在弹性范围内，同时考虑温度T的影响，F =足Χ(# + αΧΔΓ)，其中ΔΤ = T-Ttl, α为线膨胀系数，Τ。、α、K均为已知定常数。钢弦的机械振动固有频率f可以按如下公式获得f =t +(#)2)(1+ t)，其中V PvlLLLE是钢弦的弹性模量，P ,是钢弦的密度，λ是钢弦材料的泊松系数，这些均为定常数。将上述两个公式进行整理，消除这一共同变量，得出F是f和T的确定函数，通过测量f和T就能实现F的测量。可见，钢弦的振动固有频率参量f是最为关键的测量因子。目前测量钢弦的频率参量f通常采用激振拾振的方法，将钢弦设置在频率测量线圈和永磁体构成的磁场中，通过激振方法使钢弦振起来，共振的钢弦在磁场中作切割磁力线运动，并通过拾振方法拾取频率测量线圈中由于钢弦的机械振动而产生的微弱电动势的频率，进而得到钢弦的固有频率。其中，采用何种激振方法使钢弦振起来是测量钢弦的频率参量f所要解决的重要问题。传统的激振钢弦的装置，由图1所示，微机系统中的单片机I/O 口按照一定的频率 (这个频率可以是传感器的固有频率初始值，也可以是上一次的测量值)产生脉冲方波的激振信号，该脉冲方波的激振信号波形如图2所示，该激振信号通过光电隔离电路和基本功放电路放大后，激振电流流过频率测量线圈，激振电流产生的交变磁场激励钢弦1振动。 激振线圈通过的脉动电流频率通过微机系统调节。由图2可知，传统的激振装置产生的激振波形由数字系统产生，是幅度一定、频率可调的方波，方波宽度随着频率的变化而线性变化。这种方波的激振有如下不足(1)由于方波谐波成分比较复杂，导致激振时引入谐波， 如产生影响比较大的三倍频，对钢弦的激振不利，造成钢弦1不能可靠起振，迅速达到谐振状态；( 对于一种仪器，产生脉冲方波的幅度是一定的，导致该装置对某些激振比较困难的仪器或比较容易起振的仪器存在不能使之可靠起振或过度激振的问题
技术实现思路
本技术针对现有的振弦式仪器的激振装置产生的激振方波引入谐波造成钢弦不能可靠起振的问题，提出了一种新型的振弦式仪器的激振装置，该装置输出波形的谐波少，具有良好的起振效果。本技术的技术方案如下 一种振弦式仪器的激振装置，其特征在于，包括依次连接的SPWM波发生器、滤波电路和激振信号开关电路，所述SPWM波发生器生成SPWM波并将其输入至滤波电路，所述滤波电路进行滤波得到正弦波形信号，所述滤波电路的输出连接至振弦式仪器中的频率测量线圈两端，从而将所述正弦波形信号施加在频率测量线圈两端，在永磁体的作用下产生交变电磁力，驱动钢弦产生谐振，所述激振信号开关电路实现正弦波形信号的开关。所述SPWM波发生器为DSP或CPLD或FPGA或单片机。所述SPWM波发生器为DSP，所述DSP通过光电隔离电路连接至滤波电路，SPWM波发生器生成的SPWM波输入至光电隔离电路以将干扰信号进行光电隔离，光电隔离电路输出的SPWM波输入至滤波电路进行滤波以得到正弦波形信号。还包括幅度控制电路，所述幅度控制电路的输入端与滤波电路的输出端相连，所述滤波电路输出的正弦波形信号输入至幅度控制电路进行波形幅度调节，所述幅度控制电路的输出端与频率测量线圈两端相连从而将幅度调节后的正弦波形信号施加在频率测量线圈两端。还包括功率放大电路，所述功率放大电路的输入端与幅度控制电路的输出端相连，所述功率放大电路将幅度调节后的正弦波形信号进行功率放大以具有驱动能力，所述功率放大电路的输出端与频率测量线圈两端相连从而将功率放大后的正弦波形信号施加在频率测量线圈两端。所述幅度控制电路包括串行DA转换器、运算放大器和乘法器，所述串行DA转换器产生的参考电压经运算放大器后作为乘法器的一路输入信号，所述乘法器的另一路输入信号为正弦波形信号，所述乘法器输出幅度调节后的正弦波形信号。所述滤波电路为三阶巴特沃斯低通滤波器。本技术的技术效果如下本技术提供的振弦式仪器的激振装置，包括依次连接的SPWM波发生器、滤波电路和激振信号开关电路，通过SPWM波发生器生成SPWM波并将其输入至滤波电路，滤波电路进行滤波得到正弦波形信号，滤波电路的输出连接至振弦式仪器的频率测量线圈两端， 从而将所述正弦波形信号施加在频率测量线圈两端，在永磁体的作用下产生交变电磁力， 驱动钢弦产生谐振。本技术的该装置改变了传统的数字系统产生脉冲宽度线性变化的方波激振钢弦的构造，把SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉冲宽度调制)技术应用于产生钢弦的激振，实现SPWM波的激振波形的在线调节，SPWM波具有脉冲宽度按照正弦规律变化的特性，其输出波形的谐波少，经滤波电路后能够消除谐波干扰，形成频谱单一的正弦波，解决了现有的振弦式仪器的激振装置产生的脉冲方波的频谱中含有谐波，导致钢弦不能可靠起振和含有杂波的问题，将本技术得到的正弦波形信号，将其施加在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，驱动钢弦产生谐振，使得钢弦能够可靠起振，提高了激振信号的精确控制能力。本技术的激振装置中的SPWM波发生器生成SPWM波，可以通过DSP或CPLD或FPGA或单片机实现，采用高性能DSP (Digital Signal Processing，数字信号处理器)，充分应用其内嵌的PWM模块和其高速的处理能力，由DSP产生SPWM波，经滤波电路进行滤波得到正弦波形信号，施加在单线圈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，驱动钢弦产生谐振。利用CPLD (Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)以及FPGA (Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)均可产生数字式SPWM波，基于单片机生成SPWM波，其控制电路简单可靠且成本低，受到外界干扰小。上述各器件生成的SPWM波脉冲宽度按照正弦规律变化，具有输出波形谐波少的特性， 具有良好的起振效果，解决了传统激振装置直接采用脉冲方波所带来的局限性。在本技术的激振装置中增设光电隔离电路进行光电隔离，能够将SPWM波中引进的干扰通道切断，从电路上把干扰源以及易受干扰的部分隔离起来；将光电隔离后的 SPWM波通过滤波电路进行滤波，SPWM波在滤波后得到的正弦波形信号通过幅度控制电路进行幅度调节，对某些激振比较困难的仪器，在DSP的控制下，可以自适应地提高SPWM波形转化的激振正弦波形幅度，避免仪器欠激振的情况；反之，对比较容易激振的仪器激振， 可以自适应的降低激振正弦波形幅度，避免过度激振的问题，实现了 SPWM波幅度的在线调节，提高了振弦式仪器激振的可靠性和稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
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ＳＰＷＭ波发生器、滤波电路和激振信号开关电路，所述ＳＰＷＭ波发生器生成ＳＰＷＭ波并将其输入至滤波电路，所述滤波电路进行滤波得到正弦波形信号，所述滤波电路的输出连接至振弦式仪器中的频率测量线圈两端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：江修，沈省三，毛良明，
申请(专利权)人：基康仪器北京有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11