振弦采集终端的制作方法

本实用新型涉及电子设备应用技术领域，具体涉及一种一体化采集终端。

背景技术：

振弦式传感器(vibratingwiretransducer)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，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，因此在工程中得到广泛应用。激励振弦式传感器，并采集其信号的设备就是振弦采集仪。

现有技术中的振弦式采集仪仅能够对相应传感器的数据进行采集而无法实现将采集到的数据实时上传，一般采集后的数据就知己存储到存储卡中，后期需要将存储卡中的数据导出，非常不便。而且，由于在使用过程中，对于振弦式采集仪来说，除了关注其采集到的数据本身之外，对采集对象所处的位置也很关心，然而现有技术中无法对不同振弦式采集仪的数据进行区分，只能在导出数据时人为地为其命名来实现。由于现有技术中的振弦式采集仪存在上述问题给用户的使用带来不便。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种振弦采集终端，能够对振弦采集终端进行定位，同时能够实现将振弦采集终端采集到的数据实时地上传至上位机。

为此，本实用新型提供一种振弦采集终端，包括壳体，设置于所述壳体内部的plc控制器、反激信号放大整形电路、ad转换模块、pwm信号发生器、数据接口和定位模块，其中：

所述pwm信号发生器的输入端与所述plc控制器的第一输出端连接，所述pwm信号发生器的输出端与振弦传感器连接，所述pwm信号发生器的输出端在设定频率内输出特定步长的脉冲信号使所述振弦传感器起振；

所述反激信号放大整形电路的输入端与所述振弦传感器的输出端连接；所述反激信号放大整形电路接收所述振弦传感器起振后输出的信号对其进行放大和整形处理后得到方波信号并输出；

所述plc控制器的第一输入端与所述反激信号放大整形电路的输出端连接；所述plc控制器接收所述反激信号放大整形电路输出的方波信号并得到所述方波信号的频率；

所述ad转换模块的输入端与所述反激信号放大整形电路的放大信号输出端连接，接收放大后的振弦传感器起振信号，所述ad转换模块将放大后的振弦传感器起振信号转换为数字信号后输出；

所述plc控制器的第二输入端与所述ad转换模块的输出端连接，接收所述数字信号并得到所述数字信号的频率,结合所述方波信号的频率得到所述振弦传感器输出信号的频率；

所述定位模块，检测所述振弦采集终端所在位置的经纬度信息并输出；

所述plc控制器的第三输入端与所述定位模块的输出端连接，接收所述经纬度信息；

所述数据接口，其数据输入端与所述plc控制器的第二输出端连接，其数据输出端与上位机通信连接；所述数据接口接收所述plc控制器输出的所述频率和所述经纬度信息并将其转发至所述上位机。

可选地，上述的振弦采集终端中，还包括电源管理模块，所述电源管理模块包括dc-dc变换芯片、第一ldo变换芯片、第二ldo变换芯片和极性变换器，其中：

所述dc-dc变换芯片的输入端与直流12v电源连接，输出端输出9v直流电压信号；所述dc-dc变换芯片的输出端与所述振弦传感器的供电端连接；

所述第一ldo变换芯片的输入端与所述dc-dc变换芯片的输出端连接，将所述9v直流电压信号变换为5v直流电压信号并输出；

所述极性变换器的输入端与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，将所述5v直流电压信号变换为-5v直流电压信号并输出；

所述反激信号放大整形电路的供电端正极与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，所述反激信号放大整形电路的供电端负极与所述极性变换器的输出端连接；

所述第二ldo变换芯片与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，将所述5v直流电压信号变换为3.3v直流电压信号；

所述plc控制器的电源端与所述ldo变换芯片的输出端连接。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述定位模块为北斗定位模块或gps定位模块。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述数据接口包括gprs无线通信接口、以太网数据接口和rs232传输接口。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述反激信号放大整形电路和所述pwm信号发生器均包括8个；

所述ad转换模块为12位高精度ad转换模块。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述壳体的第一侧面上开设有适于所述gprs无线通信接口贯穿的第一开孔、适于所述以太网数据接口贯穿的第二开孔和适于rs232传输接口贯穿的第三开孔；其中，所述gprs无线通信接口与所述第一开孔过盈配合；所述以太网数据接口与所述第二开孔过盈配合；所述rs232传输接口与所述第三开孔过盈配合。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述壳体的第二侧面上设置有八个接线端子，所述接线端子的第一接口各与一个振弦传感器连接；所述第二侧面与所述第一侧面为相对设置的两个面；

所述接线端子的另一端各与一个pwm信号发生器和一个反激信号放大整形电路的输入端连接。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述壳体的第三侧面和第四侧面上设置有固定板，所述第三侧面与所述第四侧面为相对设置的两个面；每一所述固定板上均开设有两个固定孔；所述固定孔适于螺栓穿过。

可选地，上述的振弦采集终端中，所述壳体上还开设有适于读卡器插入的读卡器接口，所述读卡器接口的一端与所述plc控制器的第二输出端连接。

本实用新型提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少存在如下有益效果：

本实用新型提供的振弦采集终端，包括壳体，设置于所述壳体内部的plc控制器、反激信号放大整形电路、ad转换模块、pwm信号发生器、数据接口和定位模块，以上方案能够通过定位模块对振弦采集终端的经纬度进行确定，同时在终端中配置有数据接口将采集到的数据传送至上位机。因此，采用本实用新型提供的以上技术方案，能够直接将采集到的数据和地理位置一同发送至上位机，从而能够通过地理位置来区分不同采集终端采集到的数据，整个过程不需要人为干预数据传输和存储过程，给用户带来很大的便利。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例所述振弦采集终端的原理结构框图；

图2是本实用新型一个实施例所述pwm信号发生器的电路图；

图3是本实用新型一个实施例所述反激信号放大整形的电路图；

图4是本实用新型一个实施例所述北斗定位模块的电路图；

图5是本实用新型一个实施例所述rs232接口的电路图；

图6是本实用新型一个实施例所述dc-dc芯片的电路图；

图7是本实用新型一个实施例所述第一ldo变换芯片的电路图；

图8是本实用新型一个实施例所述第二ldo变换芯片的电路图；

图9是本实用新型一个实施例所述极性变换器的电路图；

图10是本实用新型一个实施例所述振弦采集终端的外观结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中附图，对本实用新型中的技术方案进行示例描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例中提供的振弦采集终端适用于对振弦传感器的信号进行采集的。振弦传感器的振弦激振方式分为间歇触发激振和等幅连续激振，单线圈形式的振弦传感器，均采用间歇触发的激振方式。由张驰振荡器产生激振脉冲，当脉冲信号发出，则吸动继电器，通过常开触头，将触发电压加振弦传感器的激振线圈上，产生电磁力，吸动钢弦；当脉冲终止时，继电器释放，松开钢弦，从而产生自由振动并切割磁力线，在激振线圈中产生感应电势，通过继电器常闭触头输入测试仪器，测得钢弦的振动频率。等幅连续激振的振弦传感器具有激励和接收两组带磁钢的电磁线圈，与放大电路、反馈和稳幅电路组成等幅的振荡器。在开启电源时激励钢弦，钢弦切割磁力线而在接收线圈中产生感应电势，将其输出放大，并反馈到激励线圈补足能量，不断循环。在稳幅电路限制的反馈量下，达到等幅连续振荡的激振方式，其振动频率即为钢弦的自振频率。目前常见的实现方式有高压拨弦激振法、低压扫频激励法：

高压拨弦的激励方式通常选用三极管对交流脉冲信号放大，通过变压器将三极管输出的交流信号耦合到倍压整流电路中。通过控制对倍压电路中电容的充电时间，调节电容两端的充电电压。当电容两端电压达到110伏左右时，控制可控硅导通，110伏的电压加到振弦线圈上。线圈上的电流产生磁力驱动钢弦振动，驱动电流消失时，振弦做阻尼震荡。此时振动频率即为钢弦的固有频率。

低压扫频激励法，依据钢弦的固有频率范围通常为400-5000hz。根据共振原理，当激励信号与传感器的固有频率接近或相等时，钢弦发生共振。共振时，钢弦的振幅最大，激励信号停止时，钢弦振动产生的电动势最大。为了保证钢弦能够起振，脉冲信号需要在每个小的频率段内保持一段时间。

本实施例提供一种振弦采集终端，结合图1和图10可知，所述振弦采集终端包括壳体，设置于所述壳体内部的plc控制器101、反激信号放大整形电路、ad转换模块301、pwm信号发生器401、数据接口和定位模块501。其中，所述反激信号放大整形电路包括反激信号放大电路201和反激信号整形电路202，其中反激信号整形电路202的输入端与反激信号放大电路201的输出端连接。数据接口包括gprs无线通信接口601、以太网数据接口602和rs232数据接口603。

所述pwm信号发生器401的输入端与所述plc控制器101的第一输出端连接，所述pwm信号发生器401的输出端与振弦传感器800连接，所述pwm信号发生器401的输出端在设定频率内输出特定步长的脉冲信号使所述振弦传感器800起振；本实施例中，所述pwm信号发生器401的电路连接关系如图2所示，pwm信号发生器401中“pwmout”端与plc控制器101的输出端连接，其中的red和blue端与振弦传感器800两端连接，pwm信号发生器401输出信号的步长为30hz。

所述反激信号放大整形电路的输入端与所述振弦传感器的输出端连接；具体地，反激信号放大电路201的输入端与振弦传感器的输出端连接，其接收振弦传感器800输出的起振后的信号，实现反激信号放大，之后输入至反激信号整形电路202实现比较和整形处理得到方波信号。具体地，所述反激信号放大整形电路可参考如图3所示的电路实现，其中red和blue端可分别与振弦传感器800的输出端连接，信号经过放大和整形后有f_in端输出。

所述plc控制器101的第一输入端与所述反激信号整形电路202的输出端连接；所述plc控制器101接收所述反激信号整形电路202输出的方波信号并得到所述方波信号的频率；具体地，可以直接利用plc控制器具有边沿捕捉功能，对方波信号的上升沿或者下降沿进行捕捉，直接根据相邻两个边沿之间的时间间隔就可以得到方波信号的频率，而方波信号的频率也相当于振弦传感器800输出信号的频率。

所述ad转换模块301的输入端与所述反激信号放大整形电路的放大信号输出端(也即反激信号放大电路201的输出端)连接，接收放大后的振弦传感器800的起振信号，所述ad转换模块301将放大后的振弦传感器800的起振信号转换为数字信号后输出；所述ad转换模块301可选择12位并行模/数转换芯片ad1674或者其他具有相似功能的高精度ad转换芯片实现即可。

所述plc控制器101的第二输入端与所述ad转换模块301的输出端连接，接收所述数字信号并得到所述数字信号的频率,理论上，数字信号的频率也应该等于振弦传感器800的起振信号的频率。所述plc控制器101结合所述方波信号的频率得到所述振弦传感器输出信号的频率，例如可以利用两个频率的平均值作为最终的振弦传感器输出信号的频率，如此能够确保频率计算结果具有更高的准确性。由此可见，plc控制器101其仅需要具有简单的数据接收和数据发送功能，同时具有简单的平均值计算功能即可，采用现有技术中的多种芯片都可以实现，而平均值计算、边沿捕捉功能都是常见的功能，预先将相应的简单程序置入所述plc控制器101中即可。

所述定位模块501，检测所述振弦采集终端所在位置的经纬度信息并输出；所述plc控制器101的第三输入端与所述定位模块501的输出端连接，接收所述经纬度信息；如图4所示，其中定位模块501选择北斗定位模块，具体地可以采用um220系列的芯片来实现，当检测到经纬度之后以异步串行数据的方式发送给plc控制器101。

所述数据接口，其数据输入端与所述plc控制器101的第二输出端连接，其数据输出端与上位机通信连接；所述数据接口接收所述plc控制器101输出的所述频率和所述经纬度信息并将其转发至所述上位机。具体地，如图5所示，数据接口可以包括rs232数据接口603，plc控制器101中的uart的txd和rxd管脚能够直接连接到rs232接口芯片，rs232芯片的设备侧管脚接到db9接头，与上位机等外设通信。数据接口还可以包括gprs无线通信接口601，用gprs无线模块通过移动运营商的网络远程传输数据。以太网接口602，支持client模式，向上位机发起链接并主动上报数据，同时支持ping指令的回应。

采用本实施例提供的以上技术方案，能够直接将采集到的数据和地理位置一同发送至上位机，从而能够通过地理位置来区分不同采集终端采集到的数据，整个过程不需要人为干预数据传输和存储过程，给用户带来很大的便利。而且由于采用了两种频率计算方式相结合得到最终的计算结果，是的采集到的振弦传感器的频率值更加准确。

进一步地，上述的振弦采集终端，还包括电源管理模块701，所述电源管理模块701包括dc-dc变换芯片、第一ldo变换芯片、第二ldo变换芯片和极性变换器，其中：

如图6所示，所述dc-dc变换芯片的输入端与直流12v电源连接，输出端输出9v直流电压信号；所述dc-dc变换芯片的输出端与所述振弦传感器的供电端连接，用于为所述振弦传感器供电；

如图7所示，所述第一ldo变换芯片的输入端与所述dc-dc变换芯片的输出端连接，将所述9v直流电压信号变换为5v直流电压信号并输出；如图9所示，所述极性变换器的输入端与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，将所述5v直流电压信号变换为-5v直流电压信号并输出；所述反激信号放大整形电路的供电端正极与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，所述反激信号放大整形电路的供电端负极与所述极性变换器的输出端连接；从而所述反激信号放大整形电路接+5v和-5v电压之间。

进一步地，如图8所示，所述第二ldo变换芯片与所述第一ldo变换芯片的输出端连接，将所述5v直流电压信号变换为3.3v直流电压信号；所述plc控制器101的电源端与所述ldo变换芯片的输出端连接，从而使得所述plc控制器101获得3.3v电压。

本实用新型提供的以上方案中，振弦采集终端可以根据实际需求设置其信号传输的路数。本实施例中选择为8通道的结构，即所述反激信号放大整形电路和所述pwm信号发生器401均包括8个；相应地，其能够连接的振弦传感器也具有8个。对于所述壳体来说，如图10所示，所述壳体的第一侧面上开设有适于所述gprs无线通信接口601贯穿的第一开孔、适于所述以太网数据接口602贯穿的第二开孔和适于rs232传输接口603贯穿的第三开孔；其中，所述gprs无线通信接口601与所述第一开孔过盈配合；所述以太网数据接口602与所述第二开孔过盈配合；所述rs232传输接口603与所述第三开孔过盈配合。进一步地，所述壳体的第二侧面上设置有八个接线端子904，每一所述接线端子904的第一接口各与一个振弦传感器800连接；所述第二侧面与所述第一侧面为相对设置的两个面；所述接线端子904的另一端各与一个pwm信号发生器401和一个反激信号放大电路201的输入端连接。由此能够实现8通道结构的振弦采集终端。

另外，为了方便振弦采集终端的固定，所述壳体的第三侧面和第四侧面上设置有固定板905，所述第三侧面与所述第四侧面为相对设置的两个面；每一所述固定板905上均开设有两个固定孔906；所述固定孔906适于螺栓穿过，例如将振弦采集终端安装于墙体上时，可以采用螺栓穿过所述固定孔906后拧紧在墙体内部，从而使得振弦采集终端固定。

进一步优选地，所述壳体上还开设有适于读卡器插入的读卡器接口904，所述读卡器接口907的一端与所述plc控制器101的第二输出端连接。当将读卡器插入到读卡器接口907后，就能够实现读卡器与plc控制器101之间的通信连接，从而通过读卡器能够实现对所述plc控制器101上的数据的读写功能。

最后应说明的是：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精神和范围。