[实用新型]一种用于压电智能骨料地震损伤监测系统的电荷电压转换器

说明书

技术领域

 本实用新型涉及一种用于压电智能骨料地震损伤监测系统的多通道、大电荷量、可变增益电荷电压转换器，尤其是可以进行混凝土内部动力损伤全过程监测中的电荷数据采集。

背景技术

地震作用下混凝土结构内部应力监测对于了解结构损伤机理、优化结构抗震设计、降低结构地震破坏风险具有重要意义。压电智能骨料采用混凝土粗骨料材料为基体与PZT片耦合，利用正压电效应进行结构动态应力监测，其监测效果很大程度上依赖于二次仪表对监测信号的调理。PZT上产生的电荷需要通过专门的设备转换能电压信号，才能进行数据采集。

由于地震作用下PZT片上产生的电荷量较大，若采用现有商用电荷放大器进行电荷电压转换则易出现过载现象，而导致无法监测；对于轻柔的建筑结构，其振动频率很低，通常不到0.2Hz，普通电荷放大器时间常数较低，无法准确转换这样的低频信号；针对不同强度的地震输入下，PZT上产生的电荷量不同，调制用的电荷放大器应使用与之相应的增益。由于地震动输入强度及频率的不确定性，普通电荷放大器无法根据地震动输入自动调整增益以及截止频率，因而不能满足多尺度测量的精度要求。因此为方便进行混凝土建筑结构地震反应监测，有必要开发设计多通道、高电荷量、可变增益的电荷电压转换器。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于压电智能骨料地震损伤监测系统的电荷电压转换器，该实用新型有效地解决了上述问题，且性能稳定，可在地震损伤过程监测领域大量推广应用。

本实用新型利用PZT的压电效应原理采集电荷，经过电荷放大器将电荷信号转换为电压信号，利用合适的反馈电容满足压电智能骨料强地震下大电荷量的采集要求，并利用可编程微控制器控制电压增益、滤波电路截止频率并监测过载，利用多通道组合式结构满足同时观测多路信号的要求，输出信号和相应增益控制值输入数据采集系统，为混凝土结构地震损伤机制研究提供了可靠有效的监测手段。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于压电智能骨料地震损伤监测系统的电荷电压转换器，该转换器由多个集成电路板并行构成，与压电传感器输出端相连，对传感器多路信号进行实时采集。

每个集成电路板包括一个信源放大单元、一个控制单元、一个增益显示单元和一个供电单元；其中信源放大单元包括电荷电压转换电路、可控增益放大电路、可控滤波电路、低通滤波电路、高通滤波电路和电压射随器，各部分依次相连；增益显示单元由电子开关和增益指示灯电路组成；控制单元分别与射随器输出端、可控增益放大电路、可控滤波电路、电子开关、计算机信号采集系统连接；电荷电压转换电路的反馈电容值根据强地震下的电荷最大值来设定；控制单元用于比较输出信号的反馈幅值与频率，并发出控制信号；可控增益放大电路的接收控制信号，自动调节相应放大增益；增益指示单元中的电子开关接受控制信号，选择显示相应增益；可控滤波电路接收控制信号后自动调节滤波截止频率；增益控制值通过接口实时输出至计算机数据采集系统中，显示输出电压及相应增益值。

本实用新型的有益效果：

1.由多通道组合式结构，满足同时观测地震过程中多路信号输入的需求。

2.通过微控制器的控制，对不同幅值的电信号自动调节增益，从而适用于对不同强度的地震作用监测。

3.构造简单、性能稳定，可配接长电缆而不影响测量精度，适用于压电材料

损伤过程监测的广泛应用。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的控制单元电路图。

图3是本实用新型的增益显示单元电路图。

图中：1信源放大单元；2电荷电压转换电路；3可控增益放大电路；

4可控滤波电路；5低通滤波电路；6高通滤波电路；7电压射随器；8控制单元；9增益显示单元；10电子开关；11增益指示灯电路；12供电单元；

13计算机信号采集系统。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本实用新型的具体实施例。

如图1-3所示，其结构包括信源放大单元1、控制单元8、增益显示单元9和供电单元12。其中信源放大模块由六级构成：电荷电压转换电路2、可控增益放大电路3、可控滤波电路4、低通有源滤波电路5、高通滤波电路6、电压射随器7依次相连，控制单元8分别与射随器7、可控增益放大电路3、可控滤波电路4、电子开关10连接。供电电路12为各电路模块提供合适电压。