本實(shí)用新型涉及信號(hào)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種振弦采集設(shè)備。

背景技術(shù)：

振弦式傳感器(vibrating wire transducer)是以拉緊的金屬弦作為敏感元件的諧振式傳感器。當(dāng)弦的長(zhǎng)度確定之后，其固有振動(dòng)頻率的變化量即可表征弦所受拉力的大小,通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量電路,就可得到與拉力成一定關(guān)系的電信號(hào)，由于振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號(hào)，因此，具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在工程中得到廣泛應(yīng)用，激勵(lì)振弦式傳感器，并采集其信號(hào)的設(shè)備就是振弦采集儀。

現(xiàn)有技術(shù)的振弦采集儀主要采用兩種技術(shù)：高壓撥弦激振法、低壓掃頻激勵(lì)法：

高壓撥弦的激勵(lì)法通常選用三極管對(duì)交流脈沖信號(hào)放大，通過(guò)變壓器將三極管輸出的交流信號(hào)耦合到倍壓整流電路中，通過(guò)控制對(duì)倍壓電路中電容的充電時(shí)間，調(diào)節(jié)電容兩端的充電電壓，當(dāng)電容兩端電壓達(dá)到110伏左右時(shí)，控制可控硅導(dǎo)通，110伏的電壓加到振弦線圈上，線圈上的電流產(chǎn)生磁力驅(qū)動(dòng)鋼弦振動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電流消失時(shí)，振弦做阻尼震蕩，此時(shí)振動(dòng)頻率即為鋼弦的固有頻率。

低壓掃頻激勵(lì)法，依據(jù)鋼弦的固有頻率范圍通常為400～5000Hz，根據(jù)共振原理，當(dāng)激勵(lì)信號(hào)與傳感器的固有頻率接近或相等時(shí)，鋼弦發(fā)生共振，共振時(shí)，鋼弦的振幅最大，激勵(lì)信號(hào)停止時(shí)，鋼弦振動(dòng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)最大，為了保證鋼弦能夠起振，脈沖信號(hào)需要在每個(gè)小的頻率段內(nèi)保持一段時(shí)間。

在現(xiàn)有的兩種技術(shù)中，高壓撥弦激振法電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，體積龐大，不利于測(cè)試設(shè)備小型化，低壓掃頻激勵(lì)法需要在一個(gè)頻段內(nèi)進(jìn)行激勵(lì)，監(jiān)測(cè)，時(shí)間較長(zhǎng)，因此，現(xiàn)有技術(shù)需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例所要解決的一個(gè)技術(shù)問(wèn)題是：提供一種振弦采集設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的一個(gè)方面，提供的一種振弦采集設(shè)備，包括：

至少一個(gè)振弦傳感器、振弦傳感器頻率采集裝置和北斗定位裝置；所述振弦傳感器用于感應(yīng)鋼弦的震動(dòng)，所述振弦傳感器頻率采集裝置用以獲得振弦傳感器的震動(dòng)頻率，并將振弦傳感器的震動(dòng)頻率發(fā)送給上位機(jī)；所述北斗定位裝置獲取設(shè)備當(dāng)前經(jīng)緯度信息并發(fā)送給上位機(jī)；

所述振弦傳感器頻率采集裝置包括：脈沖信號(hào)輸出電路、信號(hào)放大整形電路、數(shù)據(jù)采集電路、處理器和信號(hào)傳輸電路；

所述脈沖信號(hào)輸出電路與所述處理器連接，以30Hz的步長(zhǎng)輸出脈沖信號(hào)，與振弦傳感器產(chǎn)生諧振；

所述信號(hào)放大整形電路與所述處理器連接，所述信號(hào)放大整形電路將振弦傳感器起振后產(chǎn)生的反激信號(hào)放大、整形成方波，對(duì)方波上升沿或上升沿和下降沿進(jìn)行進(jìn)行邊沿捕捉，通過(guò)兩次邊沿捕捉的時(shí)間差計(jì)算得到反激信號(hào)的周期，從而得到鋼弦的第一振動(dòng)頻率；

所述數(shù)據(jù)采集電路與處理器和信號(hào)放大整形電路連接，通過(guò)對(duì)放大后的反激信號(hào)進(jìn)行振幅采樣，對(duì)采樣得到的離散信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到鋼弦的第二振動(dòng)頻率；

所述處理器控制所述脈沖信號(hào)輸出電路的輸出脈沖頻率，并判斷鋼弦的第一振動(dòng)頻率與第二振動(dòng)頻率的差值是否小于設(shè)定門限值，如果小于設(shè)定門限值，以第一振動(dòng)頻率和第二振動(dòng)頻率的均值為鋼弦的最終振動(dòng)頻率；否則，認(rèn)為本次采集無(wú)效，刪除獲得的鋼弦的第一振動(dòng)頻率和第二振動(dòng)頻率；其中，確定鋼弦的最終振動(dòng)頻率所述信號(hào)傳輸電路包括：RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路和GPRS無(wú)線通信電路，通過(guò)RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路和GPRS無(wú)線通信電路中的至少一個(gè)將鋼弦的最終振動(dòng)頻率信息發(fā)送給上位機(jī)。

基于上述振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，所述振弦傳感器頻率采集裝置還包括電源管理電路；

所述電源管理電路分別為脈沖信號(hào)輸出電路、信號(hào)放大整形電路、數(shù)據(jù)采集電路、處理器和信號(hào)傳輸電路供電。

基于上述振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集電路使用12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

基于上述振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，所述脈沖信號(hào)輸出電路為8路脈沖信號(hào)輸出電路。

基于上述振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，所述信號(hào)放大整形電路為8路信號(hào)放大整形電路。

基于上述振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例中，所述北斗定位系統(tǒng)電路通過(guò)異步傳輸方式與處理器連接，用于接收北斗信息并解析出自己的經(jīng)緯度位置，以異步串行數(shù)據(jù)的方式提交給處理器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，能同時(shí)采集多個(gè)振弦傳感器的頻率，由處理器控制脈沖信號(hào)輸出電路的頻率，并與振弦傳感器產(chǎn)生諧振，信號(hào)放大整形電路對(duì)振弦傳感器起振后的反激信號(hào)放大、整形成方波，通過(guò)處理器的邊沿捕捉片上外設(shè)獲得反激信號(hào)的周期，從而計(jì)算出振動(dòng)頻率，對(duì)放大、整形后的反激信號(hào)同時(shí)使用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集后的每組離散信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，計(jì)算出反激信號(hào)的頻率，對(duì)兩個(gè)頻率綜合判斷后，確定出最終振弦頻率，最終的振弦頻率通過(guò)RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、GPRS無(wú)線通信電路等方式發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集和控制，北斗定位系統(tǒng)接收北斗信息并解析出傳感器的經(jīng)緯度位置，以異步串行數(shù)據(jù)的方式提交給處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)傳感器的精確管理。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成說(shuō)明書的一部分的附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，并且連同描述一起用于解釋本實(shí)用新型的原理。

參照附圖，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，可以更加清楚地理解本實(shí)用新型，其中：

圖1是本實(shí)用新型振弦采集設(shè)備一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型振弦采集設(shè)備另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型振弦采集設(shè)備另一個(gè)實(shí)施例的具體示例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的振弦采集設(shè)備又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本實(shí)用新型的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說(shuō)明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本實(shí)用新型的范圍。

同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。

以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說(shuō)明性的，決不作為對(duì)本實(shí)用新型及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說(shuō)明書的一部分。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

圖1是本實(shí)用新型的振弦采集設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該實(shí)施例的振弦采集設(shè)備包括：

至少一個(gè)振弦傳感器1、振弦傳感器頻率采集裝置2和北斗定位裝置3和，所述振弦傳感器1用于感應(yīng)鋼弦的震動(dòng)，所述振弦傳感器頻率采集裝置2用以獲得振弦傳感器1的震動(dòng)頻率，并將振弦傳感器1的震動(dòng)頻率發(fā)送給上位機(jī)；所述北斗定位裝置3獲取設(shè)備當(dāng)前經(jīng)緯度信息并發(fā)送給上位機(jī)；

所述信號(hào)傳輸電路包括：RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路和GPRS無(wú)線通信電路，通過(guò)RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路和GPRS無(wú)線通信電路中的至少一個(gè)將鋼弦的最終振動(dòng)頻率信息發(fā)送給上位機(jī)。

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，能同時(shí)采集多個(gè)振弦傳感器的頻率，由處理器控制脈沖信號(hào)輸出電路的頻率，并與振弦傳感器產(chǎn)生諧振，信號(hào)放大整形電路對(duì)振弦傳感器起振后的反激信號(hào)放大、整形成方波，通過(guò)處理器的邊沿捕捉片上外設(shè)獲得反激信號(hào)的周期，從而計(jì)算出振動(dòng)頻率，對(duì)放大、整形后的反激信號(hào)同時(shí)使用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對(duì)采集后的每組離散信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，計(jì)算出反激信號(hào)的頻率，對(duì)兩個(gè)頻率綜合判斷后，確定出最終振弦頻率，最終的振弦頻率通過(guò)RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、GPRS無(wú)線通信電路等方式發(fā)送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集和控制，北斗定位系統(tǒng)接收北斗信息并解析出傳感器的經(jīng)緯度位置，以異步串行數(shù)據(jù)的方式提交給處理器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)傳感器的精確管理。

圖2是本實(shí)用新型的振弦采集設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，所述振弦傳感器頻率采集裝置2包括：脈沖信號(hào)輸出電路21、信號(hào)放大整形電路22、數(shù)據(jù)采集電路23、處理器24和信號(hào)傳輸電路25；

所述脈沖信號(hào)輸出電路21與所述處理器連接，以30Hz的步長(zhǎng)輸出脈沖信號(hào)，與振弦傳感器產(chǎn)生諧振；

所述信號(hào)放大整形電路22與所述處理器連接，所述信號(hào)放大整形電路22將振弦傳感器起振后產(chǎn)生的反激信號(hào)放大、整形成方波，對(duì)方波上升沿或上升沿和下降沿進(jìn)行進(jìn)行邊沿捕捉，通過(guò)兩次邊沿捕捉的時(shí)間差計(jì)算得到反激信號(hào)的周期，從而得到鋼弦的第一振動(dòng)頻率；所述邊沿捕捉通過(guò)處理器實(shí)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)方波的上升沿進(jìn)行邊沿捕捉時(shí)，兩次上升沿之間的時(shí)間差即為反激信號(hào)的一個(gè)周期；而當(dāng)對(duì)方波的上升沿和下降沿都進(jìn)行捕捉時(shí)，兩次捕捉之間的時(shí)間差是反激信號(hào)的半個(gè)周期，通過(guò)將時(shí)間差乘以二得到反激信號(hào)的周期。所述數(shù)據(jù)采集電路23與處理器24和信號(hào)放大整形電路22連接，通過(guò)對(duì)放大后的反激信號(hào)進(jìn)行振幅采樣，對(duì)采樣得到的離散信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到鋼弦的第二振動(dòng)頻率；

所述處理器24控制所述脈沖信號(hào)輸出電路21的輸出脈沖頻率，并判斷鋼弦的第一振動(dòng)頻率與第二振動(dòng)頻率的差值是否小于設(shè)定門限值，如果小于設(shè)定門限值，以第一振動(dòng)頻率和第二振動(dòng)頻率的均值為鋼弦的最終振動(dòng)頻率；否則，認(rèn)為本次采集無(wú)效，刪除獲得的鋼弦的第一振動(dòng)頻率和第二振動(dòng)頻率；將鋼弦的最終振動(dòng)頻率發(fā)送給信號(hào)傳輸電路25。

當(dāng)鋼弦的第一振動(dòng)頻率和鋼弦的第二振動(dòng)頻率的差值超出設(shè)定門限值時(shí)，說(shuō)明采集過(guò)程出現(xiàn)了問(wèn)題，此時(shí)棄用獲得的鋼弦的第一振動(dòng)頻率和鋼弦的第二振動(dòng)頻率，重新進(jìn)行采集，如重復(fù)出現(xiàn)問(wèn)題，說(shuō)明設(shè)備出現(xiàn)故障，將及時(shí)通知維修人員進(jìn)行維修。

如圖3所示，上述實(shí)施例設(shè)備在具體示例中，所述振弦傳感器頻率采集裝置還包括電源管理電路26，所述電源管理電路26輸入的直流12伏電壓通過(guò)二極管極性保護(hù)后接入DC-DC變換芯片產(chǎn)生9伏電壓，作為向產(chǎn)生諧振的振弦傳感器1脈沖的電源，9伏電壓經(jīng)LDO變換成5伏電壓，5伏電壓再通過(guò)極性倒換生產(chǎn)-5伏電壓，正負(fù)5伏電壓向反激信號(hào)的放大電路供電，處理器21工作所需要的3.3伏電壓也是5伏電壓經(jīng)LDO變換而來(lái)。

通過(guò)電源管理電路將接入電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換，為設(shè)備中的電路分別提供適合的電壓供電，而無(wú)需多個(gè)電源進(jìn)行分別供電，在節(jié)省空間的基礎(chǔ)上對(duì)電路進(jìn)行集成，使設(shè)備體積更小，更便于操作使用。

圖4是本實(shí)用新型的振弦采集設(shè)備的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，所述信號(hào)傳輸電路25包括：RS232接口電路251、以太網(wǎng)接口電路252、GPRS無(wú)線通信電路253，將鋼弦的最終振動(dòng)頻率信息發(fā)送給上位機(jī)4，所述鋼弦的最終振動(dòng)頻率信息為所述第一振動(dòng)頻率和所述第二振動(dòng)頻率經(jīng)過(guò)綜合判斷最終確定的振動(dòng)頻率。

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，所述數(shù)據(jù)采集電路23使用12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，所述脈沖信號(hào)輸出電路21為8路脈沖信號(hào)輸出電路。

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，所述信號(hào)放大整形電路22為8路信號(hào)放大整形電路。

基于本實(shí)用新型上述實(shí)施例提供的振弦采集設(shè)備，所述北斗定位裝置通過(guò)異步傳輸方式與處理器連接，用于接收北斗信息并解析出設(shè)備的經(jīng)緯度信息，以異步串行數(shù)據(jù)的方式提交給處理器24。

通過(guò)北斗定位裝置定位當(dāng)前設(shè)備所在經(jīng)緯度信息，可將設(shè)備的位置信息在一定精度內(nèi)進(jìn)行確定，對(duì)于設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)來(lái)源的確認(rèn)十分重要，當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差或設(shè)備故障時(shí)，工作人員能夠通過(guò)經(jīng)緯度信息快速對(duì)設(shè)備進(jìn)行處理。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似的部分相互參見(jiàn)即可。

本實(shí)用新型的描述是為了示例和描述起見(jiàn)而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本實(shí)用新型限于所公開(kāi)的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本實(shí)用新型從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。