[发明专利]一种应变采集电路系统及应变采集方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息采集技术，特别涉及一种应变采集电路系统及应变采集方法。

背景技术

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。

发明内容

有鉴于此，本发明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。

本发明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，本发明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，