[实用新型]单线圈振弦式仪器的频率测量系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的健康监测技术领域，特别是一种岩土工程的安全监测仪器中的单线圈振弦式仪器的频率测量系统。

背景技术

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ΔL的拉伸变形，在弹性范围内，同时考虑温度T的影响，其中ΔT＝T-T₀，α为线膨胀系数，T₀、α、K均为已知的恒常数。钢弦的机械振动固有频率f可以按如下公式获得：其中E是钢弦的弹性模量，ρ_v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。其中，频率参量f是最为关键的测量因子。

目前安全监测领域使用的振弦式仪器中，按照线圈结构类型存在双线圈振弦式仪器、单线圈振弦式仪器、差动线圈振弦式仪器等多种形式，其中单线圈振弦式仪器在种类、应用范围、数量等多方面均占绝对优势。图1为单线圈振弦式仪器结构示意图，将钢弦1设置在频率测量线圈2和永磁体3构成的磁场中，通过给单线圈振弦式仪器中的频率测量线圈2两端施加交变的激振电流信号，在永磁体3的作用下形成交变电磁力，驱动钢弦1发生机械振动，振动的钢弦1在磁场中作切割磁力线运动，在频率测量线圈2中感应出电势，感应电势的频率即为钢弦1的振动频率。传统的频率测量方法采用频率计数法，即采用计数器通过测量感应电势脉冲周期，即可测得钢弦1的振动频率，该方法原理简单直观可行，但在实践上存在抗干扰能力差的问题，不可避免地会把干扰信号以脉冲计数的形式计入测量结果中，导致测量精度和可靠性的下降。而岩土工程的安全监测对安全监测仪器的可靠性以及测量数据的准确性有非常严格的要求，这就要求在测量原理和测量方法上力求先进、力求准确可靠，所以单线圈振弦式仪器采用上述频率测量方法已不能满足测量的要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有的单线圈振弦式仪器的频率测量采用频率计数法存在的抗干扰能力差，导致测量精度和可靠性下降的问题，提供一种新型单线圈振弦式仪器的频率测量系统，该系统从测量原理上更符合单线圈振弦式仪器的工作原理，增加了抗干扰能力，提高了单线圈振弦式仪器频率测量的准确性和可靠性。

本实用新型的技术方案如下：

一种单线圈振弦式仪器的频率测量系统，其特征在于，包括激振装置、开关电路和拾振装置，所述拾振装置包括依次连接的AD转换器、数字信号处理器和主频提取装置，所述开关电路分时段将激振装置和AD转换器分别与单线圈振弦式仪器中的频率测量线圈相连；所述分时段是指：开关电路先连通激振装置和频率测量线圈，激振装置在频率测量线圈两端施加交变的扫频激振信号，在永磁体的作用下形成交变电磁力，驱动钢弦发生机械振动；开关电路再切断激振装置与频率测量线圈之间的连接，钢弦的机械振动形成单一频率的驻波，频率测量线圈两端形成与钢弦机械振动频率一致的感生电压信号；开关电路再连通频率测量线圈和AD转换器，所述AD转换器采集频率测量线圈两端形成的感生电压信号，并传输至数字信号处理器进行FFT频谱分析，所述主频提取装置根据极大值法提取出频谱中的主频信号，得到频率测量值。

所述拾振装置还包括放大整形电路，所述放大整形电路设置于开关电路和AD转换器之间，所述放大整形电路将频率测量线圈两端形成的感生电压信号放大整形后再输入AD转换器进行数据采集。

所述激振装置包括信号发生器，所述频率测量线圈的两端连接至信号发生器的输出端，所述信号发生器产生交变的扫频激振信号施加到频率测量线圈两端。

所述AD转换器为高精度、高速AD转换器。

本实用新型的技术效果如下：