CN102591265B - 基于压电主元杆的钢结构性能测控电路系统 - Google Patents

Abstract

本发明将公开了一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统，将传感器的输出信号由可控硅控制电路采集，采集过程由连接在可控硅控制电路的AD前端通路控制器控制；所述可控硅控制电路连接计算机的AD卡，计算机的DA卡连接升压转换器，所述计算机连接单片机编码控制电路对信号进行处理；所述升压转换器连接一可控硅控制电路，可控硅控制电路连接至控制电机，所述可控硅控制电路连接一DA后端通路控制器，对信号输出进行控制。本发明的系统可以将钢结构建筑检测和控制技术结合统一，可以根据需要施加正向或反向电压进行控制，可以有效的在线监测和实时监控，极具实用性。

Description

基于压电主元杆的钢结构性能测控电路系统

技术领域

本发明涉及钢结构建筑检测、控制技术领域，更具体地说是涉及一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统。

背景技术

钢结构是目前应用最广泛的工程结构形式之一，由于钢材具有轻质高强的特性，截面比较开展纤细，所以常常造成结构发生动力性能奇异失稳破坏，并且这种破坏一旦发生，结构将随之坍塌，导致灾难性后果。因此，研究钢结构的动态性能，掌握这一类结构的振动幅值、应力和频率等特性，适时诊断其安全性，并采取相应技术控制措施，对社会生产及生活具有重大意义。

根据结构力学知识可以知道，钢结构带病工作时，其振动幅值、应力和频率等动力特性会产生奇异，根据压电主元杆件对钢结构主要承力构件的动力特性进行在线检测，及时掌握钢结构的工作性能，必要时采取适当措施，避免或防止结构失稳倒塌。

压电主元杆件工作主要原理是在普通杆件的适当部位集成压电堆以形成压电主元杆件，并将其集成在结构的关键部位，从而满足承载、监测和驱动的功能要求。

现有的钢结构建筑测、控技术主要情况如下：

(1)钢结构建筑检测和控制技术是分开实施的，两者之间未能有效结合起来，不能实现实时检测与控制。

(2)传统主要方法是增大杆件的截面面积或控制杆件的长细比等，是一种被动的设防方法。不能很好的利用材料的力学特性，往往为了一种偶然荷载过大增大截面尺寸等。

(3)压电材料是一种非常重要的功能性材料，具有独特的正、逆压电效应。即在特定方向施加压力或拉力都会使晶体表面产生电荷，并且电荷的密度与施加外力的大小成比例，这就是正压电效应。反之如果给压电元件通以电流，则由于电场的作用会使压电元件产生变形。这种效应实质上是一种机械场-电场等多物理场耦合的效应，可据此进行钢结构承力杆件的实时检测和控制。

(4)利用激励电压进行压电主元杆件控制的局限性在于：压电主元杆件只能承受压应力，而不能承受或者仅能承受很小的拉力。因此，压电主元杆件必须确保输入的为正电压。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统，可实现对钢结构压电主元杆件工作的条件进行完善，将压电主元杆件检测到的信号，通过专用电源进行放大后根据需要施加正向或者反向电压进行控制，即可完全有效的实现对钢结构动态性能的测、控合一，可有效地对钢结构的安全状况实施在线检测和结构发生异常时的控制相结合。

一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统，包括传感器、可控硅控制电路、AD前端通路控制器、计算机、单片机编码控制电路、升压转换器、DA后端通路控制器和控制电机，所述传感器的输出信号由可控硅控制电路采集，采集过程由连接在可控硅控制电路的AD前端通路控制器控制；所述可控硅控制电路连接计算机的AD卡，计算机的DA卡连接升压转换器，所述计算机连接单片机编码控制电路对信号进行处理；所述升压转换器连接一可控硅控制电路，可控硅控制电路连接至控制电机，所述可控硅控制电路连接一DA后端通路控制器，对信号输出进行控制。

所述单片机编码控制电路包括稳压电路、单片机控制电路、控制信号驱动电路、排插输出连接端子和控制端隔离保护电路，对收集到的信号进行处理分析，控制DA后端通路控制器开启相应通道接收信号；

所述控制信号驱动电路包括驱动芯片U2、U3、U4，所述驱动芯片U2控制计算机的AD卡前端通路，驱动芯片U4控制计算机的DA卡后端通路，驱动芯片U3为补充控制；

所述可控硅控制电路通过串联两个钳压二极管保护可控硅芯片。

本发明的有益效果为：将钢结构建筑检测和控制技术结合统一，可以根据需要施加正向或反向电压进行控制，可以有效的在线监测和实时监控，极具实用性。

附图说明

图1为本发明控制的结构示意图；

图2为本发明单片机编码控制电路的结构示意图；

图3为本发明可控硅控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示为本发明控制的结构示意图，一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统，包括传感器1、可控硅控制电路2、AD前端通路控制器4、计算机3、单片机编码控制电路5、升压转换器6、DA后端通路控制器7和控制电机8，所述传感器1的输出信号由可控硅控制电路2采集，采集过程由连接在可控硅控制电路2的AD前端通路控制器4控制；所述可控硅控制电路4连接计算机3的AD卡31，计算机3的DA卡32连接升压转换器6，所述计算机3连接单片机编码控制电路5对信号进行处理；所述升压转换器6连接一可控硅控制电路9，可控硅控制电路9连接至控制电机8，所述可控硅控制电路9连接一DA后端通路控制器7，对信号输出进行控制。

如图2所示本发明单片机编码控制电路的结构示意图，这部分分为5块。

A为稳压电路部分。其中J1为18V直流电源输入端(接18V开关电源)；E1、E2为低频滤波电容；C3、C4为高频滤波电容；U9、U10为稳压芯片LM7805与LM7812，稳压输出+5V和+12V；D1、D2为二极管IN4007，保护稳压芯片；E2、E4、C4、C6分别为稳压电容，稳定输出电压；TV2、TV2分别为5V和12V的稳压二极管，起到保护电源的作用；DS21与DS22为电源指示灯；R211与R212为电源指示灯限流电阻。图中网标+5V和+12V为电源输出端。

B位单片机控制电路。其中U1为AT89S52单片机，起到中央处理器作用；Z1为晶振，C1与C2为起振电容；E5与R17组成开机自启动复位键，其中网标RET连接U1RESET管脚J4与J5组成与计算机编码通信端。U1管脚P1.0-P1.7为采集卡AD前端采集通路控制器；U1管脚P2.0-P2.7为采集卡DA后端采集通路控制器。

C为控制信号驱动电路部分。U2、U3、U4全部为达林顿驱动芯片，作为控制端驱动。U2控制采集卡AD前端通路；U4控制采集卡DA后端通路U3为补充控制，控制计算机输入和输出的第8路。

D为排插输出连接端子。J2为控制AD前端通路的连接端子J3为控制DA后端通路的连接端子。

E为控制端隔离保护部分。其中U5、U6、U7和U8全部为光耦隔离芯片TLP521，其中R1-R16全部为发光二极管限流电阻，U5和U6的输出A11-A82控制AD前端通路，U7和U8的输出B11-B82控制DA后端通路。

单片机编码控制电路5包括稳压电路、单片机控制电路、控制信号驱动电路、排插输出连接端子和控制端隔离保护电路，对收集到的信号进行处理分析，控制DA后端通路控制器7开启相应通道接收信号；所述控制信号驱动电路包括驱动芯片U2、U3、U4，所述驱动芯片U2控制计算机的AD卡前端通路，驱动芯片U4控制计算机的DA卡后端通路，驱动芯片U3为补充控制。

如图3所示为本发明可控硅控制电路的结构示意图，其中A11与A12为单片机控制端输出，P1为可控硅BTW69，其中D3与D4为钳压二极管，保护并开通P1，R18为分压电阻，R19为限流电阻；其中I1为AD或DA信号输入或输出端。其余16个输出控制端全部为相同电路。所述可控硅控制电路2，9通过串联两个钳压二极管保护可控硅芯片。

传感器1为框架结构中8路传感器，这8路传感器中传输信号依次被计算机AD卡31采集，采集过程是由单片机编码控制电路5的AD前端通路控制端控制，可以通过控制电路控制通道依次进行采集，也可有由计算机3指定通道采集，但是每次采集只打开其中1路。计算机3采集到数据后进行换算，换算过后将该路需要输出的数据放置在DA卡32输出端，并通过单片机编码控制端通知单片采集信号已完成，并告诉单片下一次开通哪个通道。得到信息后，单片机开通DA后端通路控制器7的相应通道，等待10ms，控制结束后，单片机打开计算机3指定通道，或依次开通所有通道，全部通道采集完之后，单片机复位，并重复以上动作。从而达到了智能控制多路信号，依次采集、转换和控制的功能。

Claims (1)

1.一种基于压电主元杆件的钢结构性能测控电路系统，其特征在于，包括传感器、第一可控硅控制电路、第二可控硅控制电路、AD前端通路控制器、计算机、单片机编码控制电路、升压转换器、DA后端通路控制器和控制电机，所述传感器的输出信号由第一可控硅控制电路采集，采集过程由连接在第一可控硅控制电路的AD前端通路控制器控制；所述第一可控硅控制电路连接计算机的AD卡，计算机的DA卡连接升压转换器；所述升压转换器连接第二可控硅控制电路，第二可控硅控制电路连接至控制电机，所述第二可控硅控制电路连接一DA后端通路控制器，对信号输出进行控制；

所述单片机编码控制电路包括稳压电路、单片机控制电路、控制信号驱动电路、排插输出连接端子和控制端隔离保护电路，单片机编码控制电路同时连接AD前端通路控制器和DA后端通路控制器，实现对采集通道和输出通道的控制；

所述控制信号驱动电路包括驱动芯片U2、U3、U4，所述驱动芯片U2控制计算机的AD卡前端通路，驱动芯片U4控制计算机的DA卡后端通路，驱动芯片U3为补充控制；

所述第一、第二可控硅控制电路均通过串联两个钳压二极管保护可控硅芯片。