一種關(guān)于振弦傳感器頻率的快速測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種關(guān)于振弦傳感器頻率的快速測(cè)量裝置，尤其涉及一種能夠快速獲取激振信號(hào)的裝置，這個(gè)信號(hào)就是使振弦傳感器起振的激振信號(hào)。
【背景技術(shù)】
[0002]振弦傳感器基于鋼弦自振頻率隨張力變化而變化的工作原理，其輸出為頻率信號(hào)，具有抗干擾能力強(qiáng)，適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，在大壩、橋梁、地鐵、煤礦、基坑等工程安全監(jiān)測(cè)中有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]振弦傳感器頻率檢測(cè)的工作過(guò)程一般分為三步:(1)激振信號(hào)的獲取:當(dāng)前市場(chǎng)上振弦傳感器激震信號(hào)的獲取一般采取通過(guò)電感電路不斷給電容充電的方法，給電容充電使其電壓升高到所需要的值(一般100V?150V)，充電時(shí)間大致為Is，S卩1000ms。(2)激勵(lì)振弦傳感器做自由振動(dòng):電容作為儲(chǔ)能器件對(duì)振弦傳感器進(jìn)行放電激勵(lì)，使振弦傳感器作自由振動(dòng)，這一過(guò)程大概100ms; (3)信號(hào)調(diào)理、計(jì)算出傳感器振蕩頻率:信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，CPU對(duì)處理過(guò)的信號(hào)計(jì)算出振蕩頻率，這一過(guò)程大概需要250ms。然后系統(tǒng)開(kāi)始下一個(gè)周期的工作過(guò)程:獲取激振信號(hào)，激勵(lì)振弦傳感器振動(dòng)，信號(hào)調(diào)理并計(jì)算出振蕩頻率。
[0004]可見(jiàn)，在整個(gè)測(cè)頻過(guò)程中，激振信號(hào)的獲取占用了整個(gè)測(cè)頻時(shí)間的70%以上([1000/(1000+100+250)]*100%=74.1%)，使得整個(gè)測(cè)量過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，所以如何快速地獲取高電壓激振信號(hào)成為減少測(cè)量時(shí)間的最有效方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服獲取高電壓激振信號(hào)速度太慢的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能快速給電容充電的方法，進(jìn)而能夠快速獲取激振信號(hào)的振弦傳感器頻率的快速測(cè)量裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種關(guān)于振弦傳感器頻率的快速測(cè)量裝置，包括激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路;在所述激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路之前還包括改進(jìn)的激振信號(hào)獲取電路；
[0007]所述改進(jìn)的激振信號(hào)獲取電路包括高壓電源變換器、電子開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓電容C1、限流電阻R1和儲(chǔ)能電容C2;所述高壓電源變換器依次和電子開(kāi)關(guān)、限流電阻R1相串聯(lián);所述穩(wěn)壓電容C1 一端連接在所述高壓電源變換器和電子開(kāi)關(guān)之間，穩(wěn)壓電容C1另一端接地;所述儲(chǔ)能電容C2—端和限流電阻R1輸出一端相連，儲(chǔ)能電容C2另一端接地;所述高壓電源變換器上電后進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換，然后在控制信號(hào)VK的作用下使得電子開(kāi)關(guān)接通，高壓直流電通過(guò)電阻R1完成電容C2瞬時(shí)充電。
[0008]進(jìn)一步，所述高壓電源變換器包括:升壓型DC-DC控制芯片IC1，N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管，肖特基二極管01，電感1^1，電容03工4、05工6，電阻1?2、1?3、1?4和1^。所述0(:-0(:控制芯片IC1的V+端通過(guò)Rf接低電壓輸入端VIN，VIN與地之間接電容C3，V+與SGND之間接電容C4，VREF與地之間接電容C5。N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極接IC1的EXTH和EXTL端，源極接IC1的CS端和電阻R2的一端，R2的另一端接地，Q1的漏極分別連接電感L1的一端和二極管的正極，電感L1的另一端接VIN，二極管D1的負(fù)端即為高電壓輸出端VOUT，電阻R3的一端接VOUT，另一端接IC1的FB端和R4，R4的另一端接地，電容C6的正端接VOUT，負(fù)端接地。
[0009]進(jìn)一步，所述電子開(kāi)關(guān)包括:PNP三極管Q2，NPN三極管Q3，二極管D2，電阻R5、R6、R7和R8。電阻R5的一端接高壓電源變換器的輸出端V0UT，另一端接三極管Q2的發(fā)射極，電阻R6的兩端分別接Q2的發(fā)射極和基極，電阻R7的兩端分別接Q2的基極和Q3的集電極，Q3的發(fā)射極接地，基極接R8的一端，R8的另一端為控制開(kāi)關(guān)信號(hào)VK，Q2的集電極為電子開(kāi)關(guān)輸出信號(hào)VOUT I，D2的負(fù)極接輸出信號(hào)VOUT I，正極接地。
[0010]進(jìn)一步，所述升壓型DC-DC控制芯片IC1采用MAX773。
[0011]進(jìn)一步，所述激勵(lì)電路中，電阻R11和晶體管Q13的發(fā)射極相連，電阻R23的兩端分別和晶體管Q13的發(fā)射極和基極相連，電阻R14和晶體管Q12的基極相連，晶體管Q12的發(fā)射極接地，晶體管Q12的集電極和晶體管Q13的基極之間連接有電阻R10，晶體管Q13的集電極依次連接有二極管D3的負(fù)端，以及電阻R15、電阻R16的一端，電阻R15的另一端分別連接3.3V電源和開(kāi)關(guān)二極管BAV99的第二端，開(kāi)關(guān)二極管BAV99的第一端接地，開(kāi)關(guān)二極管BAV99的信號(hào)端分別和電阻R16的另一端和電容C13的一端相連，電容C13的另一端接地。
[0012]進(jìn)一步，所述信號(hào)調(diào)理電路中包含四個(gè)運(yùn)算放大器，均為L(zhǎng)M324的四運(yùn)算放大器，運(yùn)算放大器U2A的信號(hào)輸入負(fù)端和輸出端相連，U2A的輸出端依次連接有電阻R18、電容C7、運(yùn)算放大器U2C的信號(hào)輸入負(fù)端，電阻R12和電容C9并聯(lián)在運(yùn)算放大器U2C的信號(hào)輸入負(fù)端和輸出端之間，U2C的輸出端依次連接有電阻R9、電容C8的一端，電容C8的另一端分別連接電容C10和電阻R13，此外，電容C10和電阻R13并聯(lián)在運(yùn)算放大器U2D的信號(hào)輸入負(fù)端和輸出端之間，運(yùn)算放大器U2D的輸出端和運(yùn)算放大器U2B的信號(hào)輸入負(fù)端相連，運(yùn)算放大器U2B的輸出端和電阻R17相連。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，接通電子開(kāi)關(guān)，高壓電源變換器輸出的高電壓立即通過(guò)100歐電阻對(duì)luF電容進(jìn)行充電，充電到所要求的電壓值的時(shí)間僅需要lms左右，此充電時(shí)間是通過(guò)電感電路給電容充電時(shí)間的千分之一，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通過(guò)電感電路給電容的充電時(shí)間。這樣就能以更快的速度獲得使振弦傳感器工作的激振信號(hào)，更快速地得到測(cè)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了振弦傳感器頻率的快速測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為振弦傳感器頻率快速測(cè)量框圖；
[0015]圖2為快速獲取激振信號(hào)的電路框圖；
[0016]圖3為高壓電源變換器電路原理圖；
[0017]圖4為電子開(kāi)關(guān)電路原理圖；
[0018]圖5為激勵(lì)電路原理圖；
[0019]圖6信號(hào)調(diào)理電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0021]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0022]本發(fā)明提出了一種能夠快速獲取使振弦傳感器起振的激振信號(hào)的方法，實(shí)現(xiàn)了振弦傳感器的快速測(cè)量。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明裝置包括:改進(jìn)的激振信號(hào)的獲取電路、激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路依次相連接;CPU控制信號(hào)送入改進(jìn)的激振信號(hào)的獲取電路，振弦傳感器和激勵(lì)電路相連，激勵(lì)電路將傳感器信號(hào)輸出送入信號(hào)調(diào)理電路，經(jīng)過(guò)整形后信號(hào)輸出至CPU。振弦傳感器頻率快速測(cè)量電路包括以下裝置:(1)基于改進(jìn)的激振信號(hào)的獲取電路:主要由高壓電源變換器、電子開(kāi)關(guān)、220uF/250V穩(wěn)壓電容Cl、100歐姆限流電阻R1和luF/250V儲(chǔ)能電容C2組成。充電到所要求的電壓值的時(shí)間僅需要lms左右。(2)激勵(lì)電路:激勵(lì)振弦傳感器做自由振動(dòng)，電容作為儲(chǔ)能器件對(duì)振弦傳感器進(jìn)行放電激勵(lì)，使振弦傳感器作自由振動(dòng)，這一過(guò)程大概100ms; (3)信號(hào)調(diào)理電路:信號(hào)調(diào)理、計(jì)算出傳感器振蕩頻率，信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行處理，CPU對(duì)處理過(guò)的信號(hào)計(jì)算出振蕩頻率，這一過(guò)程大概需要250ms。
[0024]如圖2所示，是本發(fā)明快速獲取激振信號(hào)的電路框圖，主要由高壓電源變換器、電子開(kāi)關(guān)、220uF/250V穩(wěn)壓電容Cl、100歐姆限流電阻R1和luF/250V儲(chǔ)能電容C2組成。高壓電源變換器的輸入為+24V(VIN)，輸出為+150V(V0UT)，電子開(kāi)關(guān)的輸入為V0UT，輸出為V0UTI，均為+150V電壓，電容C1的正極接V0UT，負(fù)極接地，電阻R1的一端接電子開(kāi)關(guān)的輸出端V0UTI，另一端即為給電容C2充電的電壓V0UT0，電容C2的正極與V0UT0相連，負(fù)極接地。
[0025]如圖3所示，高壓電源變換器主要包括升壓型DC-DC控制芯片MAX773(IC1)，N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管選S19420DY(Q1)，肖特基二極管MUR115(D1)，電感L1，電容C3、C4、C5、C6，電阻R2、R3、R^PRf。
[0026]在MAX773內(nèi)部的分路電壓調(diào)節(jié)器中，有一只穩(wěn)定電壓Vz = 6.3V的穩(wěn)壓管，其負(fù)極接V+，正極接SGND，所以使用時(shí)將SGND端接地，并在V+與SGND端接0.luF電容C4JREF與GND之間也接0.luF電容C5。電阻Rf—端接低電壓輸入端VIN，另一端接MAX773的V+d溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極接IC1的EXTH和EXTL端，源極接IC1的CS端和電阻R2的一端，R2的另一端接地，Q1的漏極分別連接電感L1的一端和二極管的正極，電感L1的另一端接VIN，二極管D1的負(fù)端即為高電壓輸出端V0UT。電阻R3的一端接V0UT，另一端接IC1的FB端和R4，R4的另一端接地。輸入端的電容C3和輸出端的電容C6作為