本发明专利技术公开了一种应变采集电路系统及应变采集方法。该系统包括：用于为桥路配置电路提供恒流源电流的恒流源电路；用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，通过切换多路开关芯片，将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路的桥路配置电路；用于在桥路配置电路的测试桥路构建后，在测试桥路的应变传感器未处于工作状态时，对A/D采集芯片采集的应变电压信号进行灵偏校正的硬件调平电路；用于对桥路配置电路输出的因桥路微小应变产生的应变电压信号进行放大、调理以及滤波处理的放大调理电路；以及用于将放大调理电路输出的应变电压信号进行A/D转换并输出的A/D采集芯片。应用本发明专利技术，可以降低系统的功耗、提高采集精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息采集技术，特别涉及。
技术介绍
土木工程建筑如桥梁、大坝、高层建筑、大型场馆等，都是国家重大基础设施，长期处于风、雨、雪等复杂的环境中，其安全性能关系国计民生，因此，对这些设施进行长期监测以发现潜在的隐患就尤其重要。目前，监测一般采用应变采集电路系统，即在设施的固体材料上安置应变采集设备，例如电阻应变片、应变传感器等，测量获取固体材料的应力应变参数，并通过无线传感器网络将采集的应力应变参数输出。工程上在测量各种固体材料的应力应变参数时，大多通过应变片法来实现，即利用电阻应变片、应变传感器等监测产生的应变力学量，通过电桥转换成应变电压信号，然后通过专门的采集电路转换成数字量，并进行数据传输以获取应 力应变参数。现有的无线应变采集设备，大多采用电池供电来维持应变采集电路系统工作，因而，需要加大电池容量以满足无线传感器网络系统的长期监测需要，从而使得无线应变采集设备体积大幅度增加，进而限制了一些结构上的架设，增加了无线节点架设的难度。进一步地，由于应变测量的需求种类繁多，因此应变传感器的类型(电阻不同、桥路不同等)也随之增加，因此，如何适应不用的测试要求，灵活的适应于不同传感器的需要也是亟待解决的问题；而且，由于传感器生产厂家工艺的良莠不齐，可能会出现批次不同，出厂指标相差较大等问题，使得不同批次架设的应变传感器在同一监测点监测得到的应力应变参数差异较大，采集精度较低，制约了应变采集设备长期监测的发展。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提出一种应变采集电路系统，降低应变采集电路系统的功耗、提高应变采集电路系统的采集精度。本专利技术的另一目的在于提出一种应变采集方法，降低应变采集电路系统的功耗、提高应变采集电路系统的采集精度。为达到上述目的，本专利技术提供了一种应变采集电路系统，该应变采集电路系统包括恒流源电路、桥路配置电路、硬件调平电路、放大调理电路以及A/D采集芯片，其中，恒流源电路，用于为桥路配置电路提供恒流源电流；桥路配置电路，用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，通过切换多路开关芯片，将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路；硬件调平电路，用于在桥路配置电路的测试桥路构建后，在测试桥路的应变传感器未处于工作状态时，对A/D采集芯片采集的应变电压信号进行灵偏校正；放大调理电路，用于对桥路配置电路输出的因桥路微小应变产生的应变电压信号进行放大、调理以及滤波处理；A/D采集芯片，用于将放大调理电路输出的应变电压信号进行A/D转换，并输出以进行信号分析。所述恒流源电路包括第一电阻、第二电阻、运算放大器、第三电阻以及第四电阻，其中，运算放大器的第一极通过第一电阻接入参考电压，第二极通过第二电阻接地，并通过第四电阻作为恒流输入桥路配置电路的一极，运算放大器的第三极接地，第四极接模拟电压，第五极通过第三电阻作为恒流输入桥路配置电路的另一极。所述桥路配置电路包括多路开关芯片以及电阻桥路，其中，电阻桥路，用于将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路； 多路开关芯片，用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，控制测试桥路的构成。所述多路开关芯片包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关；电阻桥路，包括第五桥臂电阻、第六桥臂电阻、第七桥臂电阻以及第八桥臂电阻；第五桥臂电阻与第六桥臂电阻的一端分别与恒流输入桥路配置电路的一极相连，第五桥臂电阻的另一端与第二开关的第三极相连，第六桥臂电阻的另一端与第三开关的第二极相连；第二开关的第二极与第一开关的第三极相连，第一开关的第二极与第八桥臂电阻的一端相连，第八桥臂电阻的另一端与恒流输入桥路配置电路的另一极相连，并与第七桥臂电阻的一端相连，第七桥臂电阻的另一端与第四开关的第三极相连，第四开关的第二极与第三开关的第三极相连，第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关的第一极并联，接入模拟电压；第四开关的第二极与第三开关的第三极的相连处作为输入放大调理电路的一极，第二开关的第二极与第一开关的第三极的相连处作为输入放大调理电路的另一极。所述连接桥路类型包括全桥、半桥、1/4桥。所述硬件调平电路包括桥路调平第九辅助电阻、可调电位计以及桥路调平第十辅助电阻，其中，桥路调平第九辅助电阻的一端接入恒流输入硬件调平电路的一极，另一端与可调电位计的第二极相连，可调电位计的第一极接入第二开关的第二极与第一开关的第三极的相连处，第三极与桥路调平第十辅助电阻的一端相连，桥路调平第十辅助电阻的另一端接入恒流输入硬件调平电路的另一极，可调电位计的第四极接入模拟电压，第五极接地。所述放大调理电路包括第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容以及仪表放大器，其中，第十一电阻的一端接入第四开关的第二极与第三开关的第三极的相连处，另一端与仪表放大器的第一极相连，第一电容的一端与仪表放大器的第一极相连，另一端接地，第十二电阻的一端接入第二开关的第二极与第一开关的第三极的相连处，另一端与仪表放大器的第二极相连，第二电容的一端与仪表放大器的第二极相连，另一端接地，第十三电阻分别与仪表放大器的第三极和第四极相连，仪表放大器的第五极接地，第六极与第七极相连并接入模拟电压，第八极接入参考电压，第九极分别与第十四电阻以及第三电容的一端相连，第十四电阻以及第三电容的另一端与仪表放大器的第十极相连，同时，第十极与第十五电阻的一端相连，第十五电阻的另一端与第四电容的一端相连并作为输入A/D米集芯片的一极，第四电容的另一端与第八极相连并作为输入A/D米集芯片的另一极。一种应变采集方法，该方法包括预先为桥路配置电路设置恒流源电流；根据待测试的应变传感器，切换桥路配置电路中的多路开关芯片，组成测试桥路；根据待测试的应变传感器性能参数配置放大调理电路参数；调节硬件调平电路，使处于静态工作的测试桥路平衡；启动测试桥路进行监测，并通过A/D采集芯片采集监测的应变信息。由上述的技术方案可见，本专利技术提供的，该系统包括用于为桥路配置电路提供恒流源电流的恒流源电路；用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，通过切换多路开关芯片，将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路的桥路配置电路；用于在桥路配置电路的测试桥路构建后，在测试桥路的应变传感器未处于工作状态时，对A/D采集芯片采集的应变电压信号进行灵偏校正的硬件调平电路；用于对桥路配置电路输出的因桥路微小应变产生的应变电压信号进行放大、调理以及滤波处理的放大调理电路；以及，用于将放大调理电路输出的应变电压信号进行A/D转换，并输出以进行信号分析的A/D采集芯片。这样，通过恒流源电路提供恒流源电流，使得桥路电流与桥臂电阻的大小无关，从而降低了功耗；进一步地，通过硬件调平电路，对桥路配置电路进行灵偏校正，可以避免环境变化、应变传感器出厂指标相差较大、应变片电阻的不一致性等不可避免因素对监测结果的影响，提高了应变采集电路系统的采集精度以及采集稳定性。附图说明图I为本专利技术实施例应变采集电路系统结构示意图。图2为本专利技术实施例的应变采集方法流程示意图。图3为本专利技术实施例一的应变采集电路系统逻辑结构示意图。图4为本专利技术实施例一的应变采集电路系统物理结构示意图。图5为本专利技术实施例二的应变采集电路系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种应变采集电路系统，其特征在于，该系统包括恒流源电路、桥路配置电路、硬件调平电路、放大调理电路以及A/D采集芯片，其中， 恒流源电路，用于为桥路配置电路提供恒流源电流； 桥路配置电路，用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，通过切换多路开关芯片，将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路； 硬件调平电路，用于在桥路配置电路的测试桥路构建后，在测试桥路的应变传感器未处于工作状态时，对A/D采集芯片采集的应变电压信号进行灵偏校正； 放大调理电路，用于对桥路配置电路输出的因桥路微小应变产生的应变电压信号进行放大、调理以及滤波处理； A/D采集芯片，用于将放大调理电路输出的应变电压信号进行A/D转换，并输出以进行信号分析。2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述恒流源电路包括第一电阻、第二电阻、运算放大器、第三电阻以及第四电阻，其中， 运算放大器的第一极通过第一电阻接入参考电压，第二极通过第二电阻接地，并通过第四电阻作为恒流输入桥路配置电路的一极，运算放大器的第三极接地，第四极接模拟电压，第五极通过第三电阻作为恒流输入桥路配置电路的另一极。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述桥路配置电路包括多路开关芯片以及电阻桥路，其中， 电阻桥路，用于将外接应变传感器替换电阻桥路的电阻，构成测试桥路； 多路开关芯片，用于根据监测所需的外接应变传感器的连接桥路类型，控制测试桥路的构成。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多路开关芯片包括第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关； 电阻桥路，包括第五桥臂电阻、第六桥臂电阻、第七桥臂电阻以及第八桥臂电阻； 第五桥臂电阻与第六桥臂电阻的一端分别与恒流输入桥路配置电路的一极相连，第五桥臂电阻的另一端与第二开关的第三极相连，第六桥臂电阻的另一端与第三开关的第二极相连； 第二开关的第二极与第一开关的第三极相连，第一开关的第二极与第八桥臂电阻的一端相连，第八桥臂电阻的另一端与恒流输入桥路配置电路的另一极相连，并与第七桥臂电阻的一端相连，第七桥臂电阻的另一端与第四开关的第三极相连，第四开关的第二极与第三开关的第三极相连，第一开关、第二开关、第三开关以及第四开关的第一极并联，接...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱航，唐智斌，罗银生，
申请(专利权)人：北京必创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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