本發(fā)明屬于高功率脈沖測量領(lǐng)域，涉及一種抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于高功率脈沖技術(shù)，在井筒中應(yīng)用電脈沖裝置產(chǎn)生沖擊波，當(dāng)沖擊波的幅值大于巖石的疲勞斷裂強度并持續(xù)一段時間，就可以將巖石致裂。研究中需要檢測在巖層中傳播的沖擊波幅值、脈寬、應(yīng)變等非電量信息。其中，應(yīng)變測量作為一種分析和研究機械強度的測量手段，在保證機械設(shè)備安全運行、實現(xiàn)自動化檢測和控制等諸多領(lǐng)域占據(jù)著重要地位。

基于歐姆定律，英國的惠斯頓(C Wheatstone)于1843年發(fā)明了惠斯通電橋，它是至今仍被采用的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變測量電路。1856年，威廉湯姆遜(William Thomson)發(fā)現(xiàn)在外力作用下金屬電阻絲會發(fā)生電阻值變化。1938年，美國加利福尼亞理工學(xué)院的西蒙斯(E.E.Simmons)教授和麻省理工學(xué)院的魯奇(A.C.Ruge)教授發(fā)明粘貼式金屬應(yīng)變片，隨之便出現(xiàn)了專業(yè)的應(yīng)變測量儀器。1943年，Hathway根據(jù)載波調(diào)幅原理研制出了電阻應(yīng)變儀。隨著電阻應(yīng)變計在工程技術(shù)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，應(yīng)變儀的種類逐漸增多。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出了大批虛擬儀器產(chǎn)品，使得應(yīng)變測量躍上了一個新臺階。

盡管如此，在某些強電磁干擾環(huán)境中，應(yīng)變測量技術(shù)仍存在一定問題。例如，使用脈沖放電沖擊波法進(jìn)行儲層改造時，電脈沖裝置將電能轉(zhuǎn)換為沖擊波能量，高電壓、大電流放電伴隨著強電磁脈沖輻射，給應(yīng)變測量造成極大干擾。因為，應(yīng)變探頭恰恰構(gòu)成了拾取強電磁脈沖的回路，由于電磁感應(yīng)定律，回路中將產(chǎn)生遠(yuǎn)大于待測應(yīng)變信號的電磁脈沖，此電磁脈沖將有可能毀壞測量設(shè)備。因此，為了實現(xiàn)強電磁干擾環(huán)境中的應(yīng)變測量安全性和準(zhǔn)確性，迫切需要一種新型抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于提供一種抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)，使得測量系統(tǒng)拾取盡量小的電磁干擾，并將拾取的干擾信號有效濾除，從而實現(xiàn)強電磁環(huán)境中應(yīng)變測量的安全性和準(zhǔn)確性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括依次通過雙層雙芯屏蔽電纜連接的前端磁場補償應(yīng)變探頭、惠斯通電橋盒、應(yīng)變信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器以及終端記錄設(shè)備；雙層雙芯屏蔽電纜的雙芯分別與惠斯通電橋盒的兩個上鄰臂相連；惠斯通電橋盒連接5V直流電源；應(yīng)變信號調(diào)理電路有五階巴特沃斯濾波放大器和電壓跟隨器組成。

本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：

所述前端磁場補償應(yīng)變探頭包括金屬屏蔽殼、補償應(yīng)變片、工作應(yīng)變片、基底膠、聚四氟乙烯薄膜套、引線焊接端子、應(yīng)變片引出線、屏蔽電纜接地層、屏蔽電纜編織屏蔽層以及屏蔽電纜雙芯傳輸線；補償應(yīng)變片用聚四氟乙烯薄膜套包裹，且置于工作應(yīng)變片的正上方；工作應(yīng)變片和引線焊接端子用基底膠粘結(jié)在被測試件的表面；補償應(yīng)變片和工作應(yīng)變片分別通過應(yīng)變片引出線與引線焊接端子相連；應(yīng)變片引出線與屏蔽電纜雙芯傳輸線經(jīng)引線焊接端子通過焊接工藝相連。

所述屏蔽電纜接地層、屏蔽電纜編織屏蔽層以及屏蔽電纜雙芯傳輸線為同軸包覆結(jié)構(gòu)，屏蔽電纜接地層接地。

所述金屬屏蔽殼罩在工作片、補償片以及引線焊接端子外，出線槽與屏蔽電纜接地層對正，底端與基底膠在同一平面內(nèi)。

所述惠斯通電橋盒的外殼為金屬殼，并接地。

所述終端記錄設(shè)備為電腦或示波器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明提供了一種抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)，通過前端補償、傳輸屏蔽以及后端濾波等技術(shù)手段，有效降低了外界強電磁場對應(yīng)變輸出信號的影響，既保證應(yīng)變測量過程中的設(shè)備安全，又使應(yīng)變測量結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。

【附圖說明】

圖1為本發(fā)明抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明測量系統(tǒng)中前端磁場補償應(yīng)變探頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-1為前端補償應(yīng)變探頭；1-2為雙層雙芯屏蔽電纜；1-3為惠斯通電橋盒；1-4為應(yīng)變信號調(diào)理電路；1-5為A/D轉(zhuǎn)換器；1-6為終端記錄設(shè)備；2-1為金屬屏蔽殼；2-2為補償應(yīng)變片；2-3為工作應(yīng)變片；2-4為基底膠；2-5為聚四氟乙烯薄膜套；2-6為引線焊接端子；2-7為應(yīng)變片引出線；2-8為屏蔽電纜接地層；2-9為屏蔽電纜編織屏蔽層；2-10為屏蔽電纜雙芯傳輸線。

【具體實施方式】

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1，本發(fā)明抗強電磁干擾的應(yīng)變測量系統(tǒng)，包括依次通過雙層雙芯屏蔽電纜1-2連接的前端磁場補償應(yīng)變探頭1-1、惠斯通電橋盒1-3、應(yīng)變信號調(diào)理電路1-4、A/D轉(zhuǎn)換器1-5以及終端記錄設(shè)備1-6；雙層雙芯屏蔽電纜1-2的雙芯分別與惠斯通電橋盒1-3的兩個上鄰臂相連；惠斯通電橋盒1-3連接5V直流電源；應(yīng)變信號調(diào)理電路1-4有五階巴特沃斯濾波放大器和電壓跟隨器組成?；菟雇姌蚝?-3的外殼為金屬殼，并接地。終端記錄設(shè)備為電腦或示波器。五階巴特沃斯濾波放大器包括、AD620芯片、16/47/56/75/120kΩ電阻、1nF電容、±15V直流開關(guān)電源以及OP07或OP77，其低通截止頻率為10kHz。電壓跟隨器包括±15V直流開關(guān)電源以及OP07或OP77。

前端磁場補償應(yīng)變探頭1-1包括金屬屏蔽殼2-1、補償應(yīng)變片2-2、工作應(yīng)變片2-3、基底膠2-4、聚四氟乙烯薄膜套2-5、引線焊接端子2-6、應(yīng)變片引出線2-7、屏蔽電纜接地層2-8、屏蔽電纜編織屏蔽層2-9以及屏蔽電纜雙芯傳輸線2-10；補償應(yīng)變片2-2用聚四氟乙烯薄膜套2-5包裹，且置于工作應(yīng)變片2-3的正上方；工作應(yīng)變片2-3和引線焊接端子2-6用基底膠2-4粘結(jié)在被測試件的表面；補償應(yīng)變片2-2和工作應(yīng)變片2-3分別通過應(yīng)變片引出線2-7與引線焊接端子2-6相連；應(yīng)變片引出線2-7與屏蔽電纜雙芯傳輸線2-10經(jīng)引線焊接端子2-6通過焊接工藝相連。屏蔽電纜接地層2-8、屏蔽電纜編織屏蔽層2-9以及屏蔽電纜雙芯傳輸線2-10為同軸包覆結(jié)構(gòu)，屏蔽電纜接地層2-8接地。金屬屏蔽殼2-1罩在工作片2-3、補償片2-2以及引線焊接端子2-6外，出線槽與屏蔽電纜接地層2-8對正，底端與基底膠2-4在同一平面內(nèi)。

使用時，需先將前端補償應(yīng)變探頭按照應(yīng)變片粘貼標(biāo)準(zhǔn)工藝，粘貼于被測試件表面，固化24小時后，檢測應(yīng)變片引出線2-7處的電阻值與探頭的絕緣電阻，無誤后方能用雙層雙芯屏蔽電纜1-2引出信號。

將惠斯通電橋盒1-3、應(yīng)變信號調(diào)理電路1-4、A/D轉(zhuǎn)換器1-5及終端記錄設(shè)備1-6置于屏蔽室內(nèi)，保證各設(shè)備外殼有效接地，保證電纜連接通路。

測量時，保證惠斯通電橋盒1-3、應(yīng)變信號調(diào)理電路1-4、A/D轉(zhuǎn)換器1-5及終端記錄設(shè)備1-6提前上電預(yù)熱約半個小時，再通過終端上的上位機軟件調(diào)節(jié)零漂后，進(jìn)行正負(fù)應(yīng)變校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后，即可用于應(yīng)變測量。

本發(fā)明的工作過程及原理為：

當(dāng)應(yīng)變測量環(huán)境中存在強電磁干擾時，前端應(yīng)變片的金屬回路中將感應(yīng)出電動勢，此時工作應(yīng)變片將提供應(yīng)變信號、溫變信號及感應(yīng)電動勢信號，而補償應(yīng)變片由于處于光滑的聚四氟乙烯薄膜中，只提供溫變信號和感應(yīng)電動勢信號。再通過惠斯通電橋鄰臂變化相抵消的電路特性，可以將溫變信號和感應(yīng)電動勢信號抵消掉。經(jīng)過惠斯通電橋后，原應(yīng)變信號可以轉(zhuǎn)化為幾十毫伏的電壓值。由于實際操作中，工作片與補償片的不完全重疊以及探頭出線處的電磁感應(yīng)效應(yīng)，仍有部分電磁干擾進(jìn)入后端信號處理電路。這時，再通過五階巴特沃斯低通濾波放大器將大于截止頻率的高頻電磁干擾進(jìn)一步濾除，并由于巴特沃斯濾波函數(shù)的通帶最平緩特性，最大限度地保持應(yīng)變信號對應(yīng)的電壓信號完整通過并被放大至幾個伏特。最后，應(yīng)變信號經(jīng)由電壓跟隨器、A/D轉(zhuǎn)換器后，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，最終到達(dá)終端記錄設(shè)備。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。