故障自诊断振弦信号采集电路的制作方法

1.本实用新型涉及技术领域，具体涉及一种故障自诊断振弦信号采集电路。


背景技术：

2.振弦传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。目前，振弦式的应变计、裂缝计、索力计等振弦传感器，在结构安全健康监测中应用广泛。但在实际应用中，由于振弦传感器安装不当、意外损坏、个体产品不良等原因，经常会出现采集仪无法或者错误采集数据的情况，因此，现在亟需一种能够对振弦传感器故障进行自诊断的技术。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种故障自诊断振弦信号采集电路。
4.第一方面，提供了一种故障自诊断振弦信号采集电路，包括振弦线圈连接端、振弦电压采集端和参考激励信号输入端，该参考激励信号输入端和振弦线圈连接端经振弦多路切换开关连接所述振弦电压采集端。
5.结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述振弦多路切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接控制信号输入端，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号输入端和振弦线圈连接端分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接振弦电压采集端。
6.第二方面，提供了一种故障自诊断振弦信号采集电路，包括温度采集端、热敏电阻连接端和温度参考电阻，该温度参考电阻和热敏电阻连接端经温度多路切换开关连接所述温度采集端。
7.结合第二方面，在第二方面的第一种可实现方式中，所述温度多路切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接切换信号输入端，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和热敏电阻连接端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接所述温度采集端。
8.第三方面，提供了一种故障自诊断振弦信号采集电路，包括振弦线圈连接端、振弦电压采集端和参考激励信号输入端，该参考激励信号输入端和振弦线圈连接端经振弦多路切换开关连接所述振弦电压采集端；
9.还包括温度采集端、热敏电阻连接端和温度参考电阻，该温度参考电阻和热敏电阻连接端经温度多路切换开关连接所述温度采集端。
10.结合第三方面，在第三方面的第一种可实现方式中，所述振弦多路切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接控制信号输入端，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号输入端和振弦线圈连接端分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接振弦电压采集端。
11.结合第三方面，在第三方面的第二种可实现方式中，所述温度多路切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接切换信号输入端，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和热敏电阻连接端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接所述温度采集端。
12.有益效果：采用本实用新型的故障自诊断振弦信号采集电路，当采集仪检测到振弦传感器测量值出现异常时，采集仪可以自动停止振弦激励信号，并将振弦继电器切换成常开开关闭合。此时，参考激励信号输入端输入的振弦参考激励信号可以直接被与振弦电压采集端连接的采集仪的振弦电压采集电路采集到，由于振弦参考激励信号是已知的标准信号，因此，可以根据振弦电压采集电路采集到电压确认采集仪当前测量值异常是传感器本身损坏，还是采集仪的振弦电压采集电路的问题。
13.与电压诊断的原理相同，在进行温度诊断时，可以将温度继电器切换成常开开关闭合，温度采集端连接的温度采集电路可以直接对标准的温度参考电阻进行采样，由于温度参考电阻对应的温度值是已知的，因此，可以以此确认采集仪测量值得异常是传感器本身损坏，还是采集仪的温度采集电路的问题。达到振弦传感器故障自诊断的目的。
附图说明
14.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
15.图1为本实用新型一实施例提供的故障自诊断振弦信号采集电路的电路图；
16.图2为图1所示的故障自诊断振弦信号采集电路的电压采集电路的电路图；
17.图3为本实用新型一实施例提供的故障自诊断振弦信号采集电路的电路图；
18.图4为图3所示的故障自诊断振弦信号采集电路的温度采集电路的电路图；
19.图5为本实用新型一实施例提供的故障自诊断振弦信号采集电路的电路图。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
21.实施例一
22.如图1所示的故障自诊断振弦信号采集电路的电路图，该采集电路包括振弦线圈连接端、振弦电压采集端和参考激励信号输入端，该参考激励信号输入端和振弦线圈连接端经振弦多路切换开关连接所述振弦电压采集端。
23.具体而言，振弦线圈连接端、参考激励信号输入端可以分别连接振弦传感器的激振线圈和振弦参考激励源，并经振弦多路切换开关连接所述振弦电压采集端，振弦电压采集端经电压采集电路连接采集仪的mcu处理器。如此，可以通过切换振弦多路切换开关导通的开关，切换采集仪分别采集激振线圈和振弦参考激励源的电压信号。
24.在实际应用中，激振线圈可以外接采集仪的振弦线圈激励电路，振弦线圈激励电路的激励信号输入端可以获取激励信号，产生脉冲激励信号输出给激振线圈，激励激振线圈产生电磁力。正常工作状态时，振弦多路切换开关中振弦电压采集端和振弦线圈连接端
之间的开关导通，电压采集电路可以采集脉冲终止时激振线圈产生感应电势信号，并将采集到的感应电势信号发送给采集仪的处理器，从而得到振弦传感器测量值，采集仪可以采用如图2所示的电压采集电路。
25.当采集仪检测到测量值出现异常时，可以停止向激励信号输入端发送激励信号，振弦线圈激励电路即会停止输出脉冲激励信号。再通过振弦多路切换开关切换导通电压采集端和参考激励信号输入端，电压采集电路可以采集振弦参考激励源的电压信号，得到振弦参考激励源的电压数据。由于振弦参考激励信号是已知的标准信号，如果采集仪采集到的电压数据与已知数据相同，则表明是振弦传感器本身出现问题，反之，则是采集仪的电压采集电路或振弦线圈激励电路出现问题，达到振弦传感器故障自诊断的目的。
26.在本实施例中，优选的，所述振弦多路切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接控制信号输入端，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号输入端和振弦线圈连接端分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接振弦电压采集端。
27.具体而言，振弦多路切换开关可以有振弦开关三极管和振弦继电器，振弦开关三极管的基极可以经保护电阻连接控制信号输入端，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈的一端，线圈的另一端连接电源，继电器的常闭开关可以串接在电压采集端和振弦线圈连接端之间，常开开关可以串接在参考激励信号输入端和电压采集端之间。
28.当采集仪检测到测量值出现异常时，可以向控制信号输入端输出高压电平信号，使开关三极管导通，继电器通电后常闭开关断开，常开开关闭合，实现电路切换，电压采集电路即可采集参考激励信号的电压。
29.实施例二
30.如图3所示的故障自诊断振弦信号采集电路的电路图，该采集电路包括温度采集端、热敏电阻连接端和温度参考电阻，该温度参考电阻和热敏电阻连接端经温度多路切换开关连接所述温度采集端。
31.具体而言，现有的部分振弦传感器设置有热敏电阻，相配合采集仪可以通过振弦传感器可以测量温度值。采集仪的温度采集电路可以与温度采集端连接，温度采集端可以通过温度多路切换开关分别连接热敏电阻连接端和温度参考电阻，热敏电阻连接端可以与振弦传感器的热敏电阻连接。通过切换温度多路切换开关，可以使温度采集电路切换连接温度参考电阻和热敏电阻，从而分别得到温度参考电阻和热敏电阻的电阻值，因为温度参考电阻的电阻数据是已知的，如果温度参考电阻的电阻值与已知的电阻数据不一致，则表明采集仪的温度采集电路出现问题，反之，则是振弦传感器本身出现问题，达到振弦传感器故障自诊断的目的。
32.在本实施例中，可选的，所述温度多路切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接切换信号输入端，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和热敏电阻连接端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接所述温度采集端。
33.温度多路切换开关可以有温度开关三极管和温度继电器，温度开关三极管的基极可以经保护电阻连接切换信号输入端，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈的一端，线圈的另一端连接电源，温度继电器的常闭开关可以串接在温度采集端和热敏电阻连接端之
间，常开开关可以串接在温度参考电阻和温度采集端之间。
34.当采集仪检测到温度测量值出现异常时，可以向切换信号输入端输出高压电平信号，使温度开关三极管导通，温度继电器通电后常闭开关断开，常开开关闭合实现电路切换，温度采集电路即可采集参考电阻的电阻值。在本实施例中，可以采用如图4所示的温度采集电路。
35.实施例三
36.实施例三与实施例一、二大致相同，其主要区别在于：如图5所示，该采集电路包括振弦线圈连接端、振弦电压采集端和参考激励信号输入端，该参考激励信号输入端和振弦线圈连接端经振弦多路切换开关连接所述振弦电压采集端；
37.还包括温度采集端、热敏电阻连接端和温度参考电阻，该温度参考电阻和热敏电阻连接端经温度多路切换开关连接所述温度采集端。
38.具体而言，振弦线圈连接端可以连接振弦线圈激励电路，振弦线圈激励电路可以产生脉冲激励信号，脉冲激励信号通过振弦线圈连接端施加到振弦传感器的激振线圈，激励激振线圈产生电磁力。
39.振弦线圈连接端还可以经过振弦多路切换开关的其中一路开关通道连接振弦电压采集端，因为振弦电压采集端是与振弦电压采集电路连接的，所以，当脉冲激励信号终止时，振弦电压采集电路可以测量激振线圈产生的感应电势。振弦电压采集电路还通过振弦多路切换开关的另一路开关通道连接参考激励信号输入端，参考激励信号输入端连接有参考激励信号源。
40.正常状态下，振弦电压采集电路与振弦线圈连接端之间的开关通道导通，当测量数据出现异常时，通过振弦多路切换开关可以断开振弦电压采集电路与振弦线圈连接端之间的开关通道，将振弦电压采集电路与参考激励信号输入端之间到开关导通，如此，振弦电压采集电路可以测量参考激励信号源的电压，因为参考激励信号源的电压数据是已知的，通过比较振弦电压采集电路测量得到的电压和已知的电压，可以确定是传感器本身出现问题，还是采集仪的采集电路出现问题。
41.相同的原理，当采集仪采集到的数据出现异常时，可以通过切换温度多路切换开关切换连接温度采集电路温度参考电阻，从而测得温度参考电阻的电阻值，因为温度参考电阻的电阻数据是已知的，如果温度参考电阻的电阻值与已知的电阻数据不一致，则表明采集仪的温度采集电路出现问题，反之，则是振弦传感器本身出现问题。
42.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。