CN106152924A - 一种电容式引张线仪的测量装置和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大坝安全监测技术领域，尤其为一种电容式引张线仪的测量装置，包括线路选择开关电路，线路选择开关电路包括电子切换开关，电子切换开关控制端CTRL连接微控制器的控制口I/O，电子切换开关一端IN/OUT连接CDC转换器的激励信号输出端EXC，电子切换开关一端IN/OUT连接不同的平行极板，微控制器控制口I/O控制电子切换开关的状态实周期激励信号，CDC转换器包括激励信号输出端EXC、电容测量输入端CIN+和CDC转换器通信口SPI，微控制器控制口I/O连接线电子切换开关控制端CTRL，微控制器通信口SPI连接CDC转换器通信口SPI，通信口UART对外输出。本发明，测量电路简单可靠并可以小型化，测量时间不到原来测量方法的十分之一，实现快速测量，测量数据可以同步利用。
Description
技术领域
本发明涉及大坝安全监测技术领域，具体为一种电容式引张线仪的测量装置和测量方法。
背景技术
大坝变形监测是大坝安全监测的一个重要项目，一般包括对大坝的水平位移、垂直位移以及挠度的监测，其方法手段较多，有引张线法、激光准直法、垂线观测法、静力水准法等，其中利用引张线法观测大坝水平位移是一种成熟的方法。
电容式引张线仪是利用引张线法观测大坝水平位移的测量仪器，用于安装在大坝所设置的引张线准直系统的测点上，测量大坝各测点垂直于线体水平方向的位移。电容式引张线仪具有非接触式测量、简单可靠、测量准确、使用寿命长的特点，非常适合在高潮湿及超高低温等恶劣环境下长期使用，因此得到越来越广泛应用。
电容式引张线仪采用差动电容的比率测量技术，在引张线不锈钢丝上安装引张线仪的中间极板，在中间极板2侧各安装1块平行于中间极板的平行极板，这样中间极板和2块平行极板形成一对参数对称的配对电容，当测点位移时平行极板与中间极板之间发生相对变位，从而引起2块平行极板与中间极板板间电容比值发生变化，测量电容比即可测定监测点相对于引张线的位移。
根据DL/T 1016-2006《电容式引张线仪》要求，电容式引张线仪分辨率不大于0.05％F.S.，精度不大于0.7％F.S.。实际上由于电容变化的数值非常小(一般在PF数量级)，测量电路的任何环节引入的干扰都会导致测值不准确，目前电容式引张线仪的测量装置普遍采用交流激励法测量来满足行业标准的要求。
交流激励法是通过将电容比测量转换为电压比测量，即通过测量电压，得到电压比，再得到电容比，最后得到位移值。测量电路由D/A转换器、正反向测量电路、信号放大电路、全波整流电路、低通滤波器、A/D转换器等组成，测量电路复杂，不利于小型化，测量时间长，每个通道测量时间需要2到4秒钟，不能快速测量，不利于多装置之间数据同步利用。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种电容式引张线仪的测量装置和测量方法。所述电容式引张线仪的测量装置和测量方法具有测量电路简单可靠并可以小型化，测量时间不到原来测量方法的十分之一，实现快速测量，测量数据可以同步利用。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电容式引张线仪的测量装置，包括线路选择开关电路、CDC转换器和微控制器，所述线路选择开关电路包括电子切换开关，所述电子切换开关控制端CTRL连接所述微控制器的控制口I/O，所述电子切换开关一端IN/OUT连接所述CDC转换器的激励信号输出端EXC，所述电子切换开关一端IN/OUT连接不同的平行极板，所述微控制器控制口I/O控制电子切换开关的状态实周期激励信号，所述周期激励信号连接到不同的平行极板；
所述CDC转换器包括激励信号输出端EXC、电容测量输入端CIN+和CDC转换器通信口SPI，所述激励信号输出端EXC连接所述线路选择开关电路的IN/OUT，所述电容测量输入端CIN+连接中间极板，所述CDC转换器通信口SPI连接所述微控制器通信口SPI，接收所述微控制器控制完成CDC转换；
所述微控制器还包括微控制器通信口SPI和通信口UART，所述微控制器控制口I/O连接所述线路选择开关电路的电子切换开关控制端CTRL，所述微控制器通信口SPI连接所述CDC转换器通信口SPI，所述通信口UART对外输出。
一种电容式引张线仪的测量方法，包括以下步骤：
S1.微控制器控制所述CDC转换器的激励信号输出端EXC输出固定频率固定幅度的周期激励信号，微控制器控制线路选择开关电路切换将所述周期激励信号施加在电容式引张线仪的块平行极板上；
S2.电容式引张线仪的中间极板的输出连接到CDC转换器的电容测量输入端CIN+，CDC转换器对当前电容进行测量，得到电容值；
S3.通过SPI通信口将电容值送给所述微控制器，微控制器再控制所述线路选择开关电路切换，测量其它平行极板加上所述周期激励信号时的电容值；
S4.将电容值送给微控制器，由所述微控制器进行分析，得到电容比，根据位移量和电容比关系，得到位移量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过电容数字转换技术(CDC)对电容式引张线仪的电容进行直接测量，直接得到电容比，然后得到位移值，测量电路简单可靠并可以小型化，测量时间不到原来测量方法的十分之一，实现快速测量，测量数据可以同步利用。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种电容式引张线仪的测量装置，包括线路选择开关电路、CDC转换器和微控制器，线路选择开关电路包括电子切换开关，电子切换开关控制端CTRL连接微控制器的控制口I/O，电子切换开关一端IN/OUT连接CDC转换器的激励信号输出端EXC，电子切换开关一端IN/OUT连接不同的平行极板，微控制器控制口I/O控制电子切换开关的状态实周期激励信号，周期激励信号连接到不同的平行极板。
CDC转换器包括激励信号输出端EXC、电容测量输入端CIN+和CDC转换器通信口SPI，激励信号输出端EXC连接线路选择开关电路的IN/OUT，电容测量输入端CIN+连接中间极板，CDC转换器通信口SPI连接微控制器通信口SPI，接收微控制器控制完成CDC转换。
微控制器还包括微控制器通信口SPI和通信口UART，微控制器控制口I/O连接线路选择开关电路的电子切换开关控制端CTRL，微控制器通信口SPI连接CDC转换器通信口SPI，通信口UART对外输出，得到电容比，根据位移量和电容比关系，得到位移量。
电容式引张线仪的电容进行直接测量，直接得到电容比，然后得到位移值，测量电路简单可靠并可以小型化，测量时间不到原来测量方法的十分之一，实现快速测量，测量数据可以同步利用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (2)
1.一种电容式引张线仪的测量装置，包括线路选择开关电路、CDC转换器和微控制器，其特征在于：所述线路选择开关电路包括电子切换开关，所述电子切换开关控制端CTRL连接所述微控制器的控制口I/O，所述电子切换开关一端IN/OUT连接所述CDC转换器的激励信号输出端EXC，所述电子切换开关一端IN/OUT连接不同的平行极板，所述微控制器控制口I/O控制电子切换开关的状态实周期激励信号，所述周期激励信号连接到不同的平行极板；
所述CDC转换器包括激励信号输出端EXC、电容测量输入端CIN+和CDC转换器通信口SPI，所述激励信号输出端EXC连接所述线路选择开关电路的IN/OUT，所述电容测量输入端CIN+连接中间极板，所述CDC转换器通信口SPI连接所述微控制器通信口SPI，接收所述微控制器控制完成CDC转换；
所述微控制器还包括微控制器通信口SPI和通信口UART，所述微控制器控制口I/O连接所述线路选择开关电路的电子切换开关控制端CTRL，所述微控制器通信口SPI连接所述CDC转换器通信口SPI，所述通信口UART对外输出。
2.一种如权利要求1所述的电容式引张线仪的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.微控制器控制所述CDC转换器的激励信号输出端EXC输出固定频率固定幅度的周期激励信号，微控制器控制线路选择开关电路切换将所述周期激励信号施加在电容式引张线仪的块平行极板上；
S2.电容式引张线仪的中间极板的输出连接到CDC转换器的电容测量输入端CIN+，CDC转换器对当前电容进行测量，得到电容值；
S3.通过SPI通信口将电容值送给所述微控制器，微控制器再控制所述线路选择开关电路切换，测量其它平行极板加上所述周期激励信号时的电容值；
S4.将电容值送给微控制器，由所述微控制器进行分析，得到电容比，根据位移量和电容比关系，得到位移量。
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