[实用新型]基于振弦式传感器的多路数据采集器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可拓展的基于振弦式传感器的多路数据采集器，属于土木结构安全监测技术领域。

背景技术

土木结构体的安全监测，是保证从施工阶段到工程竣工乃至整个使用寿命周期内的结构体的安全性和可靠性。振弦式传感器在结构体的长期安全与监测中得到广泛的应用。

现有的大型结构体都装有振弦式传感器，以保证结构体的安全。为了监测和预防结构体的变形，主要通过应变读数仪或手持读数仪来测量结构体的应变值，但存在以下不足之处：

1.一个装置只有一个传感器接口，只能对一个观测点进行数据测量；而在某些工业现场需要都多点（几十点甚至上百点）进行数据测量，就需要采用多个装置进行单独测量，多个装置彼此独立；测量结果不能保存，也不能连续测量，尚未能反映该结构体在某一周期内的变化趋势。

2.现有的装置大多采用单向通信，仅具有采集数据的通信方式，无法在使用中调节采集数据的频率；不具有电源管理功能，不利于连续测量和降低功耗，不利于提高采集器的使用范围。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，能够更方便、节能地对结构体进行长期的、连续的安全监测，提供一种基于振弦式传感器的多路数据采集器。

按照本实用新型的一种基于振弦式传感器的多路数据采集器，包括上位机终端、RS485通信协议及接口、多路数据采集单元、交直流供电电路、振弦式传感器。

所述多路数据采集单元包括MCU（微处理器）及其外围电路、电源转化电路及稳压电路、声光告警电路、激振电路、拾振电路（信号调理电路及整形电路）、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、LED显示电路、32通道选择开关及传感器接口电路。

所述传感器接口电路通过带屏蔽的四芯电缆与振弦传感器相连接，分别向传感器进行激振、拾振、提供激励电流信号和获取电阻式温度传感器输出的电压信号。

所述激振电路将MCU输出的PWM信号，经由32通道选择开关、传感器接口电路向传感器提供（500Hz~6kHz，幅值为+5V）激励信号。

所述拾振电路（信号调理电路及整形电路）通过传感器接口电路、32通道选择开关获取传感器的共振频率信号（刚弦受到应力后引起共振），经过带通滤波、信号放大和整形，并将处理后的方波信号送入MCU。

所述恒流源激励电路通过传感器接口电路、32通道选择开关在MCU的控制下向温度传感器提供激励电流。实际使用时，可根据温度传感器中负载电阻的阻值不同调节激励电流的大小。

所述温度信号采集电路通过传感器接口电路、32通道选择开关获取传感器输出的表征传感器所处位置温度的电压信号，并对该信号进行放大滤波处理，再由模数转换后，送到微处理器处理进而得到各个传感器的温度值。

所述数据存储电路为铁氧体存储体，通过数据总部和地址总线与处理器相连接，用于存储处理器接收的数据和未传输完成的数据。

所述交直流供电电路包括外接交流电的电源模块、9V电池及供电电路、电池电量检测电路、充电控制电路、电源切换电路及电源转换与稳压电路；由微处理器控制电池的充停电状态和交直流切换，保证电源的正常供电，实现采集数据的完整性与准确性，同时完成连续测量和多点测量。

所述告警电路包含测量故障报警、电量低告警电路。电量检测电路定时检测电池的电量，获取电池电量信号，经A/D转化后送入MCU经行处理，将检测结果通过RS485总线接口电路送至上位机，由上位机实时显示采集器的供电电压与电量信息。并经检测结果与预置的数据进行比对，如果电量充足，则切断充电控制电路；如电量低且有外接电源，则自行对电池充电；如果电量低且无外接电源，则发出声光告警信息，同时将数据保存到数据存储体中，MCU自身进入休眠模式。

所述每个数据采集单元均有RS485接口电路，处理器通过RS485总线接口电路与外部的RS485总线通信或级联。

所述上位机为带有RS485总线通信接口的微机。

综上所述，本实用新型具有结构简单，成本低廉，应用方便；还可通过RS485级联扩展，同时对几十个甚至上百个点进行连续监测并统一控制；不使用时，可让采集器进入休眠模式，进而减小功耗。

附图说明

图1为多路数据采集器的采集模块结构示意图。

图2为多路数据采集器的电源结构示意图。

图3为采集器的电源管理软件流程图。

图4为采集器扫频子程序流程图。

图5为采集器频率测量程序流程图。

具体实施方式