一种振弦式传感器信号采集放大电路的制作方法

1.本发明涉及一种振弦式传感器信号采集放大电路，属于结构安全健康监测技术领域。


背景技术：

2.随着技术的发展，建筑的大型化、复杂化趋势越来越明显，为了保障基础设施建设快速发展的同时，也能保障安全生产，需要不断改进和完善工程领域内的安全监测技术。目前工程中主要应用振弦式传感器来对压力、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。在本领域公知技术中，振弦式传感器信号主要采集的参数是电阻信号与频率信号，通过电阻和频率信号执行某一算法计算得到压力、应力、渗压、沉降、拉力等关系到系统安全的相关数据。
3.振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。振弦传感器已经广泛用于工程、科研的长期监测项目中。振弦采设备主要由激励电路，信号放大电路和拾振电路、数据处理等部分组成。在监测过程中，频率数据存在大量噪声，采用常规方法进行滤波，数据存在抖动，影响数据精度。


技术实现要素：

4.针对现有的振弦式传感器的频率采集方式的不足，本发明提供一种振弦式传感器信号采集放大电路，包括第一级放大电路、第二级放大电路及第三级放大电路，所述第一级放大电路输入端连接赛伦凯乐二阶低通滤波器，所述第一级放大电路输出端和第二级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第二级放大电路输出端和第三级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第三级放大电路输出端连接高通滤波器。
5.优选地，所述赛伦凯乐二阶低通滤波器包括两级rc的电阻和电容，所述电阻r11＝r12，所述电容c1＝c3，所述二阶低通滤波器截止频率为：其中f二阶低通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值，m的单位为ω，n的单位为uf。
6.优选地，所述第一级放大电路的增益为：au＝1 rf/r0，其中au为放大电路的增益，rf为反馈电阻值，r0为回路电阻值。
7.优选地，所述带通滤波器包含一阶低通滤波器和一阶高通滤波器，所述一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率为：其中fc一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值。
8.优选地，所述放大电路使用的电阻器件为精密电阻，所述精密电阻的误差范围为0.1％-1％之间。
9.本发明提供一种振弦式传感器信号放大电路方法，大大提高了测量精度、测量效率适用性以及测量的稳定性。
附图说明
10.图1为本发明振弦式传感器信号采集放大电路的原理图。
具体实施方式
11.下面结合说明书附图对本发明作详细描述。
12.本发明提供一种振弦式传感器信号采集放大电路，对振弦传感器的自振频率进行放大的电路。
13.实施例一
14.请参考图1，本实施例一提供一种振弦式传感器信号采集放大电路，包括第一级放大电路、第二级放大电路及第三级放大电路，所述第一级放大电路输入端连接赛伦凯乐二阶低通滤波器，所述第一级放大电路输出端和第二级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第二级放大电路输出端和第三级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第三级放大电路输出端连接高通滤波器。
15.所述赛伦凯乐二阶低通滤波器包括两级rc的电阻和电容，所述电阻r11＝r12，所述电容c1＝c3，所述二阶低通滤波器截止频率为：其中f二阶低通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值，m的单位为ω，n的单位为uf，所述第一级放大电路的增益为：au＝1 rf/r0，其中au为放大电路的增益，rf为反馈电阻值，r0为回路电阻值，所述带通滤波器包含一阶低通滤波器和一阶高通滤波器，所述一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率为：其中fc一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值，所述放大电路使用的电阻器件为精密电阻，所述精密电阻的误差范围为0.1％-1％之间。
16.工程监测中振弦式传感器的频率范围大部分分布在450-5000hz之间，振弦式传感器通过高压激励或者低压扫频的方式让振弦式传感器产生自振频率，输出mv级别的电压信号，通过本发明实现振弦式传感器自振时电压信号的放大，再经过其他电路的处理实现电压的采集，得到振弦式传感器的自振频率。第一级放大电路的输入端连接的赛伦凯乐二阶低通滤波器，根据公式可得，可取r11＝r12＝1000ω，c1＝c3＝10nf，二阶低通滤波器的截止频率f1＝1/2*3.14*1000*0.00000001*√1000*0.01＝5035hz。根据公式au＝1 rf/r0，可取r14＝10000ω，r13＝1000ω，第一级放大电路放大倍数为au1＝1 10000/1000＝11。取r18＝10000ω，r7＝1000ω，同理可得第二级放大电路放大倍数为au2＝1 10000/1000＝11，取r23＝10000ω，r22＝1000ω，同理可得第三级放大电路放大倍数为au3＝1 10000/1000＝11。三级放大倍数为：a＝11*11*11＝1331。根据带通滤波器中，c2＝100nf，c5＝10nf，r15＝2000ω，r16＝300ω。带通率滤波器中高通滤波
截止频率为f2＝1/2*3.14*1000*0.0000001＝482hz，带通率滤波器的低通滤波截止频率为f3＝1/2*3.14*2000*0.00000001＝7961hz。振弦式传感器自振时输出的电压信号，经过多个滤波电路和第三级放大电路多级放大，大大提高了测量精度、测量效率适用性以及测量的稳定性。
17.以上所述的实施例仅表达了对本发明优选实施方式，其描述较为具体和详细，但本发明不仅限于这些实施例，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说。在未脱离本发明宗旨的前提下，所为的任何改进均落在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种振弦式传感器信号采集放大电路，其特征在于，包括第一级放大电路、第二级放大电路及第三级放大电路，所述第一级放大电路输入端连接赛伦凯乐二阶低通滤波器，所述第一级放大电路输出端和第二级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第二级放大电路输出端和第三级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第三级放大电路输出端连接高通滤波器。2.根据权利要求1所述的一种振弦式传感器信号采集放大电路，其特征在于，所述赛伦凯乐二阶低通滤波器包括两级rc的电阻和电容，所述电阻r11＝r12，所述电容c1＝c3，所述二阶低通滤波器截止频率为：其中f二阶低通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值，m的单位为ω，n的单位为uf。3.根据权利要求1所述的一种振弦式传感器信号采集放大电路，其特征在于，所述第一级放大电路的增益为：au＝1 rf/r0，其中au为放大电路的增益，rf为反馈电阻值，r0为回路电阻值。4.根据权利要求1所述的一种振弦式传感器信号采集放大电路，其特征在于，所述带通滤波器包含一阶低通滤波器和一阶高通滤波器，所述一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率为：其中f
c
一阶低通滤波器和一阶高通滤波器截止频率，r为电阻值，c为电容值。5.根据权利要求1所述的一种振弦式传感器信号采集放大电路，其特征在于，所述放大电路使用的电阻器件为精密电阻，所述精密电阻的误差范围为0.1％-1％之间。

技术总结
本发明提供一种振弦式传感器信号采集放大电路，适用于结构安全健康监测行业，所述信号采集放大电路包括第一级放大电路、第二级放大电路及第三级放大电路，所述第一级放大电路输入端连接赛伦凯乐二阶低通滤波器，所述第一级放大电路输出端和第二级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第二级放大电路输出端和第三级放大电路输入端之间连接带通滤波器，所述第三级放大电路输出端连接高通滤波器。本发明能可以适配工程监测绝大部的振弦式传感器，能够提高测量精度和适用性。能够提高测量精度和适用性。能够提高测量精度和适用性。


技术研发人员：蓝启强 何杰 赵雄 崔海峰 黄志华 陆郭豪
受保护的技术使用者：福建省永正工程质量检测有限公司
技术研发日：2022.01.11
技术公布日：2022/5/25