一種多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]振弦式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)值可靠、精度與分辨力高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。其輸出為頻率信號(hào)，便于遠(yuǎn)距離傳輸，因而在土木、水利、礦山等領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。其工作原理是:鋼弦放置在磁場(chǎng)中，用一定方式對(duì)鋼弦加以激振后，鋼弦將會(huì)發(fā)生共振，共振的弦線在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)，因此，可以在拾振線圈中感應(yīng)出電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)的頻率就是振弦的共振頻率。根據(jù)共振頻率的變化，計(jì)算出被測(cè)工程內(nèi)部的應(yīng)變、應(yīng)力和位移的變化。振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊就是采集振弦式傳感器的頻率信號(hào)，并將頻率值發(fā)送給上位機(jī)。
[0003]—般多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的電路多由激振電路、拾振電路、溫度測(cè)量電路、處理器和通訊電路組成。而激振、拾振的方法在各種多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊各不一樣，處理器的差別也較大。
[0004]目前，通常的振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集在內(nèi)部控制和測(cè)量方法上，主要有激振電路、頻率測(cè)量方法和通道選擇。通道選擇包括單點(diǎn)多次測(cè)量和多點(diǎn)單次測(cè)量。一般的數(shù)據(jù)采集模塊只能測(cè)量一種特性的振弦式傳感器。對(duì)于單線圈傳感器，測(cè)量的一般步驟是:1、選擇某一通道的激振通道，發(fā)掃頻激振信號(hào)，激發(fā)共振；2、切換到該傳感器的拾振通道，信號(hào)經(jīng)放大、濾波、比較輸出方波脈沖信號(hào)；3、開(kāi)啟定時(shí)器，連續(xù)η個(gè)脈沖后停止計(jì)時(shí)器，讀取時(shí)間間隔，計(jì)算頻率；4、通過(guò)通訊電路，向上位機(jī)發(fā)送頻率數(shù)據(jù)。
[0005]振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊的一般的激振電路，使用三極管控制繼電器，電感產(chǎn)生的感抗使電流上升慢，繼電器響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，激振強(qiáng)度和激振效果不好。在激振控制方法上一般采用定時(shí)器間隔時(shí)長(zhǎng)來(lái)控制掃頻的周期，用定時(shí)中斷來(lái)控制，前一個(gè)定時(shí)中斷到，再改變定時(shí)常數(shù)，重新開(kāi)始定時(shí)中斷。這種方法在處理中斷，重置時(shí)間參數(shù)時(shí)會(huì)耗去一定時(shí)間，通過(guò)掃頻的整個(gè)周期，需要幾百甚之上千次的定時(shí)器中斷，會(huì)延長(zhǎng)總的激振時(shí)間，對(duì)需要短時(shí)間內(nèi)完成激振產(chǎn)生不好的影響。
[0006]振弦式數(shù)據(jù)采集模塊的拾振電路中，信號(hào)處理及其重要，一般的采集模塊，采用簡(jiǎn)單的信號(hào)處理方法，簡(jiǎn)單的低通濾波或高通濾波，并不能將信號(hào)中的噪聲降到理想的地步。并且，采集模塊的模擬地和數(shù)字地相互影響，特別是數(shù)字地噪聲比較大，往往會(huì)影響模擬地，導(dǎo)致模擬信號(hào)的非真實(shí)變化。
[0007]—般的多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，其處理器的I/O 口相當(dāng)有限，需要附加特殊的I/O擴(kuò)展電路，這樣既增加了材料成本，又增加了數(shù)據(jù)采集模塊的復(fù)雜性，同樣也增加了不可靠性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有的振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊振蕩反饋效果不好，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，提供了一種多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊。
[0009]技術(shù)方案:本實(shí)用新型所述的多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，其目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0010]一種多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，包括MCU(微控制單元)、通訊驅(qū)動(dòng)電路、激振電路、拾振電路和通道選擇電路，所述通訊驅(qū)動(dòng)電路將接收到的上位機(jī)指令傳輸給MCU，MCU根據(jù)指令驅(qū)動(dòng)通道選擇電路，使通道選擇電路調(diào)整到合適的通道上，MCU驅(qū)動(dòng)激振電路，激振電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)通道選擇電路激振該通道上連接的振弦式傳感器，使振弦式傳感器產(chǎn)生振蕩信號(hào)，振弦式傳感器將產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)通道選擇電路和拾振電路反饋給MCU，經(jīng)拾振電路的放大整形處理后，MCU計(jì)算出頻率值，并將計(jì)算出的頻率值通過(guò)通訊驅(qū)動(dòng)電路傳遞給上位機(jī)。
[0011]所述多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊還包括溫度測(cè)量電路，所述溫度測(cè)量電路與MCU連接，測(cè)量帶有溫度修正的振弦式傳感器的負(fù)特性熱敏電阻的阻值，并向MCU輸出采樣后的阻值數(shù)據(jù)。
[0012]所述激振電路包括三極管、N-channel M0S管，所述三極管的b極連接MCU，三極管的c極連接N-channel M0S管的G極，三極管的e極接地，N-channel M0S管的S極接地，N-channe 1 M0S管的D極連接通道選擇電路，通過(guò)MCU發(fā)出的PWM脈沖寬度調(diào)制輸出驅(qū)動(dòng)激振電路。本實(shí)用新型在激振電路中采用N-channel M0S管，具有低柵極電荷，采用高性能的溝槽技術(shù)使M0S管具有超低導(dǎo)通電阻，開(kāi)關(guān)速度高，這樣可確保在最短時(shí)間內(nèi)讓激振電流到達(dá)最大值，保證了激振強(qiáng)度，解決了由電阻和電感組成的感抗引起的電流上升慢，激振強(qiáng)度，激振效果不好的問(wèn)題，同時(shí)采用PWM脈沖寬度調(diào)制輸出，改變定時(shí)常數(shù)，不需要通過(guò)中斷處理，而是MCU的PWM硬件自動(dòng)在周期內(nèi)同時(shí)完成，省去了中斷處理時(shí)間，確保用最短的時(shí)間內(nèi)完成掃頻激振，并且抗干擾能力強(qiáng)，獲取最佳激振效果。
[0013]所述拾振電路包括依次連接的低通濾波放大電路、二階高通濾波電路、二階低通濾波電路、線性放大電路、正反饋遲滯比較電路，所述通道選擇電路連接低通濾波放大電路，所述正反饋遲滯比較電路連接MCU，采用二階低通濾波器和二階高通濾波器，有效地，最大程度地抑制各種干擾信號(hào)。
[0014]所述拾振電路還包括光電隔離電路，所述光電隔離電路設(shè)于正反饋遲滯比較電路和MCU之間，采用光電隔離電路接入MCU中斷，使模擬地和數(shù)字地不在一個(gè)地平面，解決了數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)干擾的問(wèn)題。
[0015]所述MCU為ARM公司生產(chǎn)的Cortex-M3構(gòu)架的處理器，該MCU采用LQFP144器件封裝，具有112個(gè)I/O接口，最多可控制32路的振弦式傳感器，不需要另外的I/O擴(kuò)展電路，解決了普通MCU控制I/O 口不夠，要增加I/O 口擴(kuò)展電路的問(wèn)題。
[0016]有益效果:本實(shí)用新型所述的多通道振弦式傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，在激振電路中采用N型N-channel M0S管，具有低柵極電荷，采用高性能的溝槽技術(shù)使M0S管具有超低導(dǎo)通電阻，開(kāi)關(guān)速度高，這樣可確保在最短時(shí)間內(nèi)讓激振電流到達(dá)最大值，保證了激振強(qiáng)度，解決了由電阻和電感組成的感抗引起的電流上升慢，激振強(qiáng)度，激振效果不好的問(wèn)題；在控制方法上采用掃頻激振，使用PWM脈沖寬度調(diào)制輸出，確保用最短的時(shí)間完成掃頻激振，抗干擾能力強(qiáng)，獲取最佳激振效果。在拾振電路中，本實(shí)用新型在信號(hào)處理時(shí)，采用二階低通濾波器和二階高通濾波器，有效地，最大程度地抑制各種干擾信號(hào)。在拾振電路中，輸出信號(hào)通過(guò)光電隔離電路接入MCU中斷，使模擬地和數(shù)字地不在一個(gè)地平面，解決了數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)干擾的問(wèn)題。本實(shí)用新型采用ARM CorteX-M332位MCU，