[发明专利]振弦采集装置及方法

说明书

本发明公开了一种振弦采集装置及方法，该装置包括传感器端口电路、激励信号产生电路、放大电路、微处理器、窄带物联网传输模块和电源模块；所述微处理器的串行接口通过所述激励信号产生电路与所述激励输入端连接；所述振弦信号输出端通过放大电路与所述微处理器的IO端口连接；所述微处理器通过IO端口与所述窄带物联网传输模块连接。本发明具有低功耗、提高续航能力以及适用于长期监测的要求。

技术领域

本发明涉及监控技术领域，特别涉及一种振弦采集装置及方法。

背景技术

在建筑工程技术领域中，一般通过振弦传感器的频率等参数来对建筑物或者构筑物的压力、应力、渗压、沉降、拉力等关系到系统安全的相关数据进行监测。由于频率信号在传输过程具备很好的抗干扰特性，易于长距离传输的特点，振弦传感器在工程领域应用极为广泛。同时，由于监测对象相对固定，且监测周期较长。振弦传感器的结构至少包括激励线圈和振弦。例如中国专利公开号为CN205449100U的实用新型专利。其中振弦可以为带有磁性的钢弦，也可以为磁铁。在振弦传感器在使用时，通过振弦采集装置在激励线圈加载固定值的电压信号，使激励线圈产生磁场使振弦产生动能而产生自由振荡信号。振弦式传感器振荡的固有频率存在一个大致范围，通常为400-4500HZ。根据物理学中的共振原理，当作用到振弦传感器上的激励电压信号的频率与传感器振弦固有频率接近或相等时，振弦发生共振。其缺点在于，固定值的加载电压信号，导致加载到激励线圈的电源电压信号过高，则电源模块的功耗越大，导致电源模块的续航能力变差，很容易造成振弦采集装置耗尽电能而无法进行采集和传送任务的风险。另外，传统的无线传输模块在传送振弦信号的数据时，其功耗大，导致电源模块的电能迅速被耗尽，因此导致振弦采集装置的待机时间短、续航能力差，需要经常更换电源模块以完成自动采集和传送任务。另外，现有的振弦采集装置中未设备低功耗系统，系统占用电源能量较大，也导致振弦采集装置的待机时间短、续航能力差的问题。虽然现有的振弦采集装置，通常配备UPS电源，但其续航能力还是未能满足长期监测需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供了一种低功耗的振弦采集装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种振弦采集装置，包括传感器端口电路、激励信号产生电路、放大电路、微处理器、窄带物联网传输模块和电源模块；所述传感器端口电路包括N型第一晶体管和N型第二晶体管和振弦传感器的激励线圈，所述第一晶体管和第二晶体管均为双极型晶体管或者场效应晶体管，所述第一晶体管的漏极或集电极与所述激励线圈的一端连接，所述第一晶体管与激励线圈的公共交点为所述传感器端口电路的振弦信号输出端，所述激励线圈的另一端与所述第二晶体管的漏极或集电极连接，所述第二晶体管与激励线圈的公共交点为所述传感器端口电路的激励输入端，所述第一晶体管的源极或发射极接地，所述第二晶体管的源极或发射极接地，所述第一晶体管的栅极或者基极与所述微处理器的一个IO端口连接，所述第二晶体管的栅极或者基极与所述微处理器的另一个IO端口连接；所述微处理器的串行接口通过所述激励信号产生电路与所述激励输入端连接；所述振弦信号输出端通过放大电路与所述微处理器的IO端口连接；所述微处理器通过IO端口与所述窄带物联网传输模块连接；所述电源模块为所述激励信号产生电路、放大电路、微处理器和窄带物联网传输模块提供电源供给。

进一步的，本发明提供的振弦采集装置，所述微处理器为单片机、复杂可编程逻辑器件、数字信号处理器或现场可编程门阵列器件。

进一步的，本发明提供的振弦采集装置，所述放大电路为运算放大器或者功率放大器。

进一步的，本发明提供的振弦采集装置，所述激励信号产生电路为可调升压电路，所述可调升压电路包括升压芯片和数字电位器，所述升压芯片的电源引脚接电源，所述升压芯片的输出引脚通过第一电感和第一电容接地，所述第一电感与所述第一电容的公共交点为所述激励信号产生电路的输出端，所述升压芯片的控制引脚与输出引脚之间连接有第一电阻，所述升压芯片的控制引脚还连接所述数字电位器的一端，所述数字电位器的另一端为激励信号产生电路的控制端。