專利名稱：一種振弦式儀器的激振方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及巖土工程的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于巖土工程的安全監(jiān)測(cè)儀器中的振弦式儀器的激振方法和裝置。
背景技術(shù)：
在對(duì)巖土工程的安全監(jiān)測(cè)中，通常采用振弦式(或稱鋼弦式)儀器等安全監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)巖土工程的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、接縫開(kāi)度、滲漏和變形等物理量，用以分析判斷巖土工程的安全。振弦式儀器(或稱振弦式傳感器)由一根兩端固定、均質(zhì)的鋼弦組成。鋼弦長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在感知外界作用力F(可以是巖土工程的應(yīng)力應(yīng)變、溫度、接縫開(kāi)度、滲漏和變形等)的時(shí)候，鋼弦會(huì)產(chǎn)生AL的拉伸變形，在彈性范圍內(nèi)，同時(shí)考慮溫度T的影響，
權(quán)利要求
1.一種振弦式儀器的激振方法，其特征在于，該方法包括下述步驟A、基于數(shù)字合成原理采用相互連接的邏輯控制器件和波形存儲(chǔ)器產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波形數(shù)據(jù)，通過(guò)并行DA轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生的正弦波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為正弦波形信號(hào)；B、濾波電路濾掉高次諧波，將正弦波形信號(hào)平滑成光滑的正弦波形信號(hào)；C、將光滑的正弦波形信號(hào)施加在振弦式儀器中的頻率測(cè)量線圈兩端，在永磁體的作用下產(chǎn)生交變電磁力，驅(qū)動(dòng)鋼弦產(chǎn)生諧振。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的振弦式儀器的激振方法，其特征在于，步驟A所述的邏輯控制器件包括邏輯控制模塊、相位累加器和頻率控制字寄存器，所述相位累加器與波形存儲(chǔ)器相連，微處理器將正弦波形數(shù)據(jù)通過(guò)邏輯控制模塊寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器，并寫(xiě)入頻率控制字至頻率控制字寄存器，以控制產(chǎn)生波形的頻率，在參考時(shí)鐘的作用下，相位累加器對(duì)輸入的頻率控制字進(jìn)行累加，并且將相位累加器的輸出作為讀取波形存儲(chǔ)器的地址，所述波形存儲(chǔ)器輸出正弦波形數(shù)據(jù)，通過(guò)微處理器更新頻率控制字，得到頻率可調(diào)的正弦波形數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振弦式儀器的激振方法，其特征在于，所述邏輯控制器件為 FPGA或CPLD，所述相位累加器包括相位加法器和相位寄存器，微處理器將正弦波形數(shù)據(jù)通過(guò)FPGA/CPLD寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器，在參考時(shí)鐘的作用下，輸入的頻率控制字由相位加法器進(jìn)行累加，并且將相位寄存器的輸出作為讀取波形存儲(chǔ)器的地址；和/或所述濾波電路為低通橢圓濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的振弦式儀器的激振方法，其特征在于，在執(zhí)行步驟A的同時(shí)還執(zhí)行下述步驟A’、通過(guò)幅度控制電路實(shí)現(xiàn)正弦波形數(shù)據(jù)的幅度調(diào)節(jié)，所述幅度控制電路包括串行DA 轉(zhuǎn)換器以及由運(yùn)算放大器組成的跟隨器，通過(guò)微處理器更新幅度控制字以改變串行DA轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，將串行DA轉(zhuǎn)換器輸出至跟隨器產(chǎn)生幅度控制信號(hào)，再將其輸入至并行DA 轉(zhuǎn)換器的參考電壓端來(lái)控制步驟A中的并行DA轉(zhuǎn)換器的參考電壓，以實(shí)現(xiàn)輸出波形數(shù)據(jù)的幅度調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的振弦式儀器的激振方法，其特征在于，在完成步驟B 后再將正弦波形信號(hào)進(jìn)行功率放大以具有驅(qū)動(dòng)能力，然后執(zhí)行步驟C，將功率放大后的正弦波形信號(hào)施加在頻率測(cè)量線圈兩端。
6.一種振弦式儀器的激振裝置，其特征在于，包括依次連接的微處理器、邏輯控制器件、波形存儲(chǔ)器、并行DA轉(zhuǎn)換器和濾波電路，所述微處理器將波形數(shù)據(jù)通過(guò)邏輯控制器件寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器，所述波形存儲(chǔ)器輸出頻率可調(diào)的正弦波形數(shù)據(jù)；所述正弦波形數(shù)據(jù)輸入至并行DA轉(zhuǎn)換器并轉(zhuǎn)換為正弦波形信號(hào)輸出，所述正弦波形信號(hào)輸入至濾波電路平滑成光滑的正弦波形信號(hào)，所述濾波電路的輸出連接至振弦式儀器的頻率測(cè)量線圈兩端，從而將所述光滑的正弦波波形施加在頻率測(cè)量線圈兩端，在永磁體的作用下產(chǎn)生交變電磁力， 驅(qū)動(dòng)鋼弦產(chǎn)生諧振。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的振弦式儀器的激振裝置，其特征在于，所述邏輯控制器件包括邏輯控制模塊、相位累加器和頻率控制字寄存器，所述邏輯控制模塊分別與微控制器和波形存儲(chǔ)器相連，所述頻率控制字寄存器與微處理器相連，所述相位累加器與波形存儲(chǔ)器相連，微處理器將正弦波形數(shù)據(jù)通過(guò)邏輯控制模塊寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器，在參考時(shí)鐘的作用下， 對(duì)輸入的頻率控制字寄存器中的頻率控制字進(jìn)行累加，并且將相位累加器的輸出作為讀取波形存儲(chǔ)器的地址，通過(guò)更新頻率控制字，控制波形的頻率，得到頻率可調(diào)的正弦波形數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的振弦式儀器的激振裝置，其特征在于，所述邏輯控制器件為 FPGA或CPLD，所述相位累加器包括相位加法器和相位寄存器，微處理器將正弦波形數(shù)據(jù)通過(guò)FPGA/CPLD寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器，在參考時(shí)鐘的作用下，通過(guò)相位加法器對(duì)輸入的頻率控制字進(jìn)行累加，并且將相位寄存器的輸出作為讀取波形存儲(chǔ)器的地址；和/或所述濾波電路為低通橢圓濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的振弦式儀器的激振裝置，其特征在于，還包括幅度控制電路， 所述幅度控制電路的輸入端與微處理器相連，輸出端與并行DA轉(zhuǎn)換器的輸入端相連，所述幅度控制電路包括串行DA轉(zhuǎn)換器以及由運(yùn)算放大器組成的跟隨器，通過(guò)微處理器更新幅度控制字以改變串行DA轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，所述串行DA轉(zhuǎn)換器輸出至跟隨器產(chǎn)生幅度控制信號(hào)，再將其輸入至并行DA轉(zhuǎn)換器的參考電壓端來(lái)控制步驟A中的并行DA轉(zhuǎn)換器的參考電壓，以實(shí)現(xiàn)輸出波形數(shù)據(jù)的幅度調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9之一所述的振弦式儀器的激振裝置，其特征在于，還包括功率放大電路，所述功率放大電路的輸入端與濾波電路的輸出端相連，所述功率放大電路將濾波電路輸出的正弦波形信號(hào)進(jìn)行功率放大以具有驅(qū)動(dòng)能力，所述功率放大電路的輸出端與頻率測(cè)量線圈兩端相連從而將功率放大后的正弦波形信號(hào)施加在頻率測(cè)量線圈兩端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種振弦式儀器的激振方法和裝置，該方法首先基于數(shù)字合成原理產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波形數(shù)據(jù)；通過(guò)并行DA轉(zhuǎn)換器將該正弦波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為正弦波形信號(hào)；濾波電路濾掉高次諧波，將正弦波形信號(hào)平滑成光滑的正弦波形信號(hào)；再將光滑的正弦波形信號(hào)施加在振弦式儀器的頻率測(cè)量線圈兩端，在永磁體的作用下產(chǎn)生交變電磁力，驅(qū)動(dòng)鋼弦產(chǎn)生諧振。該方法產(chǎn)生的頻率可調(diào)的正弦波形激振信號(hào)，提高了激勵(lì)信號(hào)的精確控制能力，解決了傳統(tǒng)激振方法采用脈沖方波所產(chǎn)生的各種局限性。
文檔編號(hào)G01H11/02GK102353442SQ201110160440
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月15日
發(fā)明者毛良明, 江修, 沈省三 申請(qǐng)人:基康儀器(北京)有限公司