CN107462191B - 一种多路振弦传感器测频方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于频率测量技术领域,提供了多路振弦传感器测频方法、装置及设备,包括:控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振;控制多路选择模块,将每一路振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;对信号调理模块接收到的由第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照第一预设采样时长,对第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路振弦传感器对应的第一振荡频率。简化了多路振弦传感器测频的硬件电路,降低了多路振弦传感器测频成本,同时还增强了多路振弦传感器测频的抗干扰能力以及稳定性。
Description
技术领域
本发明属于信号处理技术领域,尤其涉及一种多路振弦传感器测频方法、装置及设备。
背景技术
振弦传感器是一种应变力测量传感器,在桥梁、大坝、楼宇等大型建筑物的安全检测中有着广泛的应用。由振弦传感器组成的应变力测量系统,在正常工作时,首先会对振弦传感器进行正弦信号的测频,即先通过激振电路对振弦传感器进行激振,使得振弦传感器产生固有振荡频率的正弦信号,并通过信号调理电路对正弦信号进行拾取放大滤波,再对正弦信号进行振荡频率测量,此时若振弦传感器受到了外界应变力作用,其输出正弦信号的振荡频率也会发生变化。在测频完成后,再基于测出的振荡频率进行换算,最后即可测出外界应变力的变化。
实际工程测量中,在进行建筑物的整体动态响应测量时,为了保证对整体动态响应测试的准确性,需要使用多个振弦传感器对建筑物进行多路振弦传感器正弦信号采集,计算出每一路正弦信号的振荡频率,再根据得出的振荡频率来计算各个振弦传感器所受到的应变力,从而得出建筑物的整体动态响应。
现有技术中,为了实现对建筑物的多路振弦传感器的正弦信号采集以及振荡频率测量,会对每一路振弦传感器都配置一个相应的激振电路以及一个相应的信号调理电路,并控制每一路的激振电路对相应路的振弦传感器进行同时激振,再利用每一路的信号调理电路来分别采集调理对应路振弦传感器输出的正弦信号,最后对每一路采集到的正弦信号分别进行振荡频率的测量计算,得到多路振弦传感器中每一路振弦传感器对应的振荡频率。现有技术中虽然能够实现对建筑物的多路振弦传感器正弦信号采集以及振荡频率测量,但是由于每一路振弦传感器都需要配置相应的激振电路以及信号调理电路,使得多路振弦传感器测频的硬件电路变得复杂,成本增高,同时由于存在过多的硬件电路,意味着多路振弦传感器测频更加容易接收到外界的干扰,从而使得现有技术中的多路振弦传感器测频抗干扰能力以及稳定性较差。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种多路振弦传感器测频方法、装置及设备,以解决现有技术中多路振弦传感器测频成本高、抗干扰能力以及稳定性较差的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种多路振弦传感器测频方法,包括:
控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振;
控制多路选择模块,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
对所述信号调理模块接收到的由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率。
本发明实施例的第二方面提供了一种多路振弦传感器测频装置,包括:
第一激振模块,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振;
多路选择模块,用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
测频模块,用于对所述信号调理模块接收到的由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率。
本发明实施例的第三方面提供了一种多路振弦传感器测频设备,包括:
激振电路,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振;
多路选择电路,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
信号调理电路,用于接收由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号;
处理器,对所述第一正弦信号进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是:通过控制多路选择模块对每一路振弦传感器输出的正弦信号进行分时控制输出,使得每次只会有一路振弦传感器的正弦信号输出到信号调理模块,因而使得本发明实施例中的信号调理模块,只需要有一个信号调理电路即可完成对每一路振弦传感器的正弦信号进行接收调理,从而简化了多路振弦传感器测频的信号调理电路。同时,由于本发明实施例是对每一路振弦传感器进行同时且同样的激振,因此,本发明实施例中的激振模块最少也只需要有一个激振电路即可,从而简化了多路振弦传感器测频的激振电路。因此,本发明实施例简化了多路振弦传感器测频的硬件电路,降低了多路振弦传感器测频成本,同时还增强了多路振弦传感器测频的抗干扰能力以及稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的多路振弦传感器测频方法的实现流程示意图;
图2是本发明实施例二提供的多路振弦传感器测频方法的实现流程示意图;
图3是本发明实施例三提供的多路振弦传感器测频方法的实现流程示意图;
图4是本发明实施例四提供的多路振弦传感器测频方法的实现流程示意图;
图5是本发明实施例六提供的多路振弦传感器测频装置的结构示意图;
图6是本发明实施例七提供的多路振弦传感器测频设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本发明实施例一提供的多路振弦传感器测频方法的实现流程图,详述如下:
S101,控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振。
其中,激振是指利用可产生激励力(激振信号)的装置,对物体进行激振,使得物体获得一定形式和大小的振动量,从而使物体产生振动。具体到本发明实施例中,激振是指利用激振电路产生的激振信号,对振弦传感器进行激振,使得振弦传感器产生振动输出正弦信号,从而对振弦传感器输出的正弦信号进行测频。进一步地,脉冲激振,则是指利用脉冲冲击作为激振信号,来对振弦传感器进行激振。由于脉冲冲击具有含有丰富的频率成分,且能够瞬间释放能量等特性,因此在不知道振弦传感器对应的实际频率的情况下,其非常适合作为振弦传感器测频的激振信号。
其中,脉冲激振既可以是单脉冲冲击,也可以是多脉冲冲击,但考虑到实际应用中,多路振弦传感器测频的测频速度须尽可能的快速,因此,在本发明实施例中,优选的采用单脉冲冲击作为激振信号来对每一路振弦传感器进行激振。
在本发明实施例中,由于是对每一路的振弦传感器同时进行相同的脉冲激振,因此,本发明实施例中的激振模块,最少只需要一个激振电路即可完成S101的操作,从而使得本发明实施例能够达到简化多路振弦传感器测频的硬件电路的目的。应当理解地,S101中也可以由多个激振电路来共同组成激振模块,此时同样也可以完成S101对每一路的振弦传感器同时进行相同的脉冲激振的操作,因此,有多个激振电路组成的激振模块也属于本申请的保护范围。
在本发明实施例中,为了能测量出多路振弦传感器中每一路对应的频率,采用了同时激振-分时测量的方法,来进行每一路振弦传感器频率的测量。同时激振-分时测量主要原理是在同一时刻激振多路振弦传感器,此时每一路振弦传感器都会输出一个幅值不断衰减,但频率保持不变的正弦信号,再分时轮流对不同路的正弦信号进行采样计算,只要在本次激振输出的正弦信号消失前(实际应用中是需要正弦信号振幅衰减到下限阈值前,其中下限阈值可由技术人员自行设定)完成对每一路正弦信号的采样,就可以测量出每一路振弦传感器对应的频率值。
S102,控制多路选择模块,将每一路振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块。
其中,多路选择模块用于选择接通某一路振弦传感器,使得该路振弦传感器输出的正弦信号能正常传输到信号调理模块,且多路选择模块每次只会允许一路正弦信号通过,即在接通某一路振弦传感器时,其他路的振弦传感器无法将本路输出的正弦信号发送到信号调理模块。
设振弦传感器的总路数为N路,正弦信号从产生到振幅衰减到下限阈值前的持续时长为T0,由S101对同时激振-分时测量方法的说明可知,为了实现对N路正弦信号的有效采集,需要在持续时长T0内,完成对N路正弦信号的采集。考虑到振弦传感器输出的正弦信号振幅虽然一直在衰减,但其频率变化非常小,因此,本发明实施例中对每路正弦信号都只采集一段正弦信号,并以采集到的正弦信号段作为测频对象,来进行正弦信号段对应路的频率测量。
在本发明实施例中,为了保证能在持续时长T0内完成对N路正弦信号的有效采集,会以第一预设采样时长Tf1为周期,对每一路的正弦信号进行分时依次发送,其中Tf1×N≤T0。如,先控制多路选择模块选择接通第一路振弦传感器,使得其输出的正弦信号能正常发送到信号调理模块,并在接通第一预设采样时长Tf1后,控制多路选择模块切换接通到第二路振弦传感器,使得第二路振弦传感器输出的正弦信号能正常发送到信号调理模块,并在接通第一预设采样时长Tf1后,再依次进行下一路的切换,直至最后一路第N路振弦传感器完成接通第一预设采样时长Tf1。通过这种分时依次接通发送的方式,使得本发明实施例可以在持续时长T0内,完成对每一路正弦信号段的输出,以保证后续对每一路正弦信号的频率测量。其中,第一预设采样时长Tf1,既可由技术人员预先直接设定好其具体数值,也可以是根据技术人员设定的预设规则处理得出。
在S101对N路振弦传感器进行同时激振后,N路振弦传感器会输出N路正弦信号。现有技术中为了测试出N路正弦信号的频率,会在信号调理模块中设置N路信号调理电路来一一对应接收这N路正弦信号。在本发明实施例中,为了简化信号调理模块的硬件电路,简化多路振弦传感器测频的硬件电路,在多路振弦传感器测频的硬件电路中设置了一个多路选择模块,用于对N路正弦信号进行切换,多路选择模块每次只会允许一路正弦信号通过,并发送到信号调理模块,因此,信号调理模块中只需要有一个信号调理电路,即可完成对N路信号的接收调理。
S103,对信号调理模块接收到的由第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照第一预设采样时长,对第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路振弦传感器对应的第一振荡频率。
在本发明实施例中,虽然S102中多路选择模块输出的是每一路正弦信号中的一段正弦信号,但对于信号调理模块而言,其接收到的是一个连续变化的第一正弦信号。因此,为了在第一正弦信号中区分出每一路振弦传感器对应的正弦信号段,本发明实施例S103中,在接收并对第一正弦信号进行采样后,对得到的第一正弦信号样本,从开始接收到第一正弦信号的时刻为起点,第一预设采样时长Tf1为间隔,依次进行第一正弦信号样本段的频率计算。
例如,开始接收到第一正弦信号的时刻为S0,则在进行第一正弦信号样本频率测量时,会将S0~S0+Tf1时间段内的第一正弦信号样本段,作为第一路振弦传感器对应的正弦信号段的正弦信号样本段,并将对该第一正弦信号样本段计算得出的振荡频率,设置第一路振弦传感器对应的第一振荡频率。同理S0+Tf1~S0+2Tf1时间段内的第一正弦信号样本段的振荡频率,即为第二路振弦传感器对应的第一振荡频率,S0+(N-1)Tf1~S0+NTf1时间段内的第一正弦信号样本段的振荡频率,即为第N路振弦传感器对应的第一振荡频率。
本发明实施例中,通过控制多路选择模块分时依次接通每一路的振弦传感器,从而使得每次只会输出一路正弦信号,从而使得本发明实施例信号调理模块,只需要一个信号调理电路即可实现对多路振弦传感器输出的正弦信号的频率测量,得到每一路振弦传感器对应的频率。
作为本发明的一个优选实施例二,如图2所示,在S101之前,还包括:
S201,读取正弦信号的持续时长T0、脉冲激振所需的激振时长T1,以及频率测量所需的测量时长T2。
S202,根据T3=T0-T1-T2计算最大采样总时长T3。
由于脉冲激振本身是占一定时长的,且激振开始时振弦传感器也开始输出正弦信号,因此在本发明实施例中,正弦信号的持续时长T0是指,从激振开始时刻作为时间起点,输出的正弦信号幅值衰减到下限阈值的时刻作为终点,时间起点与时间终点之间的时间长度T0。
一个完整的多路振弦传感器测频包括激振、采样及频率计算三大部分,其中,其中激振的激振时长T1和频率测量所需的测量时长T2是已知的,可由技术人员预先通过测试获知并设置,因此,可以利用持续时长T0、激振时长T1以及测量时长T2,来计算出N路正弦信号采样时长的最大值最大采样总时长T3,即在本发明实施例中,对N路正弦信号进行采样的总时长不得超出最大采样总时长T3。
S203,根据计算单路采样最大时长T4,其中N是振弦传感器总路数。
由于本发明实施例中对每一路采样的时长是相同的,因此对于每一路正弦信号而言,其对应的信号采样时长不得超出单路采样最大时长
S204,根据Imax=V×T4计算单路最大采样点数Imax,其中V是预设采样频率。
考虑到实际应用中进行多路振弦传感器测频时,其采样频率是由技术人员预先设定好的,因此,在本发明实施例中,也需要技术人员预先设定好一个预设采样频率V,并利用采样频率V以及单路采样最大时长T4,来计算出每一路正弦信号采样时可采的最大点数Imax。
S205,读取预设最佳采样点数Ib,并在单路最大采样点数Imax范围内,选取出与最佳采样点数Ib最接近的采样点数,作为单路采样点数I。
在实际对正弦信号测频中,真正影响测频精度的是对信号的采样点数,理论情况下,采样点数越多,测频精度越高,但过多的采样点数又会增大数据的处理计算符合,同时也会加长测频的时间。因此,一般需要技术人员根据实际选取并设置一个最佳的采样点数Ib,以对精度和测频时间进行折中处理。
在本发明实施例中,虽然单路最大采样点数Imax具体数值无法预知,只能通过计算得出,但由于使用的是FFT快速傅立叶变换来对正弦信号进行采样,因此,除单路最大采样点数Imax以外的,所有选取的采样点数都应是2的整数倍数,如128、256以及512等。因此,在本发明实施例中,在选取与最佳采样点数Ib最接近的采样点数时,选取的采样点数也应当是2的整数倍数,如,当单路最大采样点数Imax为1000、最佳采样点数Ib为256时,应当选取256作为单路采样点数I,而当最大采样点数Imax为1000、最佳采样点数Ib为1024时,则应当选取512作为单路采样点数I。
S206,根据Tf1=I×V计算出第一预设采样时长Tf1。
在采样频率V以及单路采样点I都已知的情况下,其对应的采样时长也是固定的,因此,在本发明实施例中,可以根据第一预设采样时长Tf1=I×V来计算得出最终所需的第一预设采样时长,并进行设置。
本发明实施例根据已知的正弦信号的持续时长、脉冲激振所需的激振时长、频率测量所需的测量时长、预设采用频率以及预设最佳采样点数,计算出最适合多路振弦传感器测频的第一预设采样时长,保证了在能够正常进行多路振弦传感器测频的基础上,对多路振弦传感器测频时间进行最优化设置,缩短了对多路振弦传感器测频的时间,提高了多路振弦传感器测频速率。
作为本发明的另一个优选实施例三,如图3所示,在S101之前,还包括:
S301,控制激振模块对每一路的振弦传感器同时进行激振。
在本发明实施例二中,虽然能计算出所需的第一预设采样时长,但其需要预设的参数比较多,技术人员需要测量较多的参数,操作比较麻烦。因此,本发明实施例三提出了另一种确定第一预设采样时长的方法。
在本发明实施例中会先对每一路的振弦传感器进行同时激振,使得每一路的振弦传感器同时输出正弦信号。
S302,控制多路选择模块,将每一路振弦传感器输出的正弦信号按照第二预设采样时长,分时依次将每一路对应的第二正弦信号段发送至信号调理模块。
在本发明实施例中,是通过对预设采样时长的动态调整来得到的最终的第一预设采样时长,因此需要技术人员先设置好一个第二预设采样时长来作为调整对象。其中,由上述关于S204的说明可知,本发明实施例中采用的是FFT快速傅立叶变换对正弦信号进行采样,因此,采样点数应当是2的整数倍数,因此,在采样速率V确定的情况下,第二预设采样时长Tf2与采样速率V的乘积也应当是2的整数倍数。
S303,判断信号调理模块接收到的第二正弦信号中,最后一路振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值是否小于预设下限阈值。
其中,下限阈值是用于划分正弦信号是否还可以正常被测量频率。由于当信号幅值过小时,会难以对信号进行采样以及频率测量,因此在对正弦信号进行频率测量时,也会要求其信号幅值不能过小,此时,通过设置一个下限阈值作为信号幅值的最小阈值,可以保证最终被采样测频的正弦信号都是可用的。其中,预设的下限阈值具体数值需要技术人员根据实际应用的情况来进行确定和设置。
S304,若最后一路振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值小于预设下限阈值,减小第二预设采样时长,并返回执行控制激振模块对每一路的振弦传感器同时进行激振的操作。
当第二正弦信号段的平均幅值小于预设下限阈值时,说明正弦信号的幅值已经衰减到了无法正常采样计算的程度,此时说明设置的第二预设采样时长过长,导致在正弦信号持续时间之内还没有采集完每一路的正弦信号,因此需要对第二预设采样时长进行调整减小,并在减小后再次返回至S301的操作,重新判断调整后的第二预设采样时长是否满足需求,以保证对多路振弦传感器的正常测频。
其中,由于采样点数必须是2的整数倍数,因此每次对第二预设采样时长的调整步长,也需要满足调整后的第二预设采样时长对应的单路采样点数也是2的整数倍数,即每次调整的步长需要根据当前的第二预设采样时长以及采样速率来共同确定。例如,当采样速率为20KHz,当前的第二预设采样时长为25.6ms时,其对应的单路采样点数为20KHz×25.6ms=512,此时发现最后一路振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值小于预设下限阈值,需要对第二预设采样时长进行调整,由于采样速率不变,第二预设采样时长减小的情况下,单路采样点数必定减小,因此,单路采样点数必定小于上述计算出的512,又必须是2的整数倍数,因此,此次调整的目标可设定为单路采样点数为256,再由单路采样点数256除以采样速率20KHz,即可得出第二预设采样时长调整的目标值为12.8ms,因此原第二预设采样时长25.6ms减去目标值为12.8ms即可得出本次调整减小的步长。
S305,若最后一路振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值大于或等于预设下限阈值,将第二预设采样时长设置为第一预设采样时长。
当最后一路振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值大于或等于预设下限阈值时,说明在正弦信号持续时间之内可以采集完每一路的正弦信号,此时,设置的第二预设采样时长可以满足对多路振弦传感器测频的要求,因此,可以直接将第二预设采样时长设置为第一预设采样时长,并开始对多路振弦传感器进行测频。
在本发明实施例中,通过预设第二预设采样时长以及一个下限阈值,即可实现对实际所需的第一预设采样时长的自动调整确定,保证了多路振弦传感器测频的正常进行。
作为本发明的另一个优选实施例四,如图4所示,在S103之后,还包括:
当激振模块中包含有与振弦传感器的数量相同,且与振弦传感器一一对应的激振电路时:
S401,读取每一路振弦传感器所对应的第一振荡频率。
为了进一步提高对振弦传感器输出的正弦信号的振荡频率的测量精度,本发明实施例中,会利用本发明实施例一中计算出的每一路的第一振荡频率,来对改路对应的激振信号进行频率调整,使得每一路的激振信号的激振频率与第一振荡频率一致,再利用调整后的激振信号再一次对振弦传感器进行激振。
其中,本发明实施例优选地,采用PWM脉冲宽度调制方式,来进行激振信号的控制输出。
S402,将每一路振弦传感器所对应的第一振荡频率,设置为对该路振弦传感器进行激振的激振频率,并同时控制所有激振电路,按照该激振频率对对应的振弦传感器进行激振。
S403,控制多路选择模块,将每一路振弦传感器输出的正弦信号按照第三预设采样时长,分时依次将每一路对应的第三正弦信号段输出至信号调理模块。
S403操作与本发明实施例一中S102操作相同。
S404,对信号调理模块接收到的第三正弦信号进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照第三预设采样时长,对得出的第三信号样本进行分时频率测量,得出每一路振弦传感器对应的第三振荡频率。
S404操作与本发明实施例一中S103操作相同。
由于本发明实施例一中得到的第一振荡频率,与振弦传感器自由谐振频率比较接近,因此,利用第一振荡频率对与其对应路的振弦传感器进行二次激振,会引起该路振弦传感器内部的钢弦的谐振,使得输出的正弦信号的信噪比会较高,使得得到的第三正弦信号信噪比得到了进一步的提升,从而使得后续频率测量变得更加精确,提高了对振弦传感器的正弦信号的准确度。
作为本发明实施例四的一种优选实施方式,作为本发明实施例五,包括:第一预设采样时长小于第三预设采样时长。
由于本发明实施例四中,主要是通过后续的再次激振输出的第三正弦信号来进行频率测频,而第一次的脉冲激振只是为了获取到再次激振所需的激振频率。因此,为了减小多路振弦传感器测频的总时间,在本发明实施例中,在进行第一预设采样时长与第三预设采样时长设定时,要求第一预设采样时长小于第三预设采样时长,以减少第一次脉冲激振测频的时间,从而减小多路振弦传感器测频的总时间。
在本发明实施例中,通过控制多路选择模块对每一路振弦传感器输出的正弦信号进行分时控制传输,使得每次只会有一路振弦传感器的正弦信号输出到信号调理模块,因而使得本发明实施例中的信号调理模块,只需要有一个信号调理电路即可完成对每一路振弦传感器的正弦信号进行接收调理,从而简化了多路振弦传感器测频的信号调理电路。同时通过对第一预设采样时长的智能计算调整,保证了能够正常对多路振弦传感器输出的正弦信号进行分时传输以及信号采样和测频。同时还采样基于第一振荡频率作为激振信号的激振频率,对相应的每一路振弦传感器进行再次激振,使得输出的第三正弦信号的信噪比得到了极大的提高,从而提高了对多路振弦传感器测频的精确度,同时在此基础上,对第一预设采样时长进行限制,缩短了对多路振弦传感器测频的总时间。
对应于上文实施例的方法,图5示出了本发明实施例六提供的多路振弦传感器测频装置的结构示意框图,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。
参照图5,该多路振弦传感器测频装置包括:
第一激振模块51,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振。
多路选择模块52,用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块。
测频模块53,用于对所述信号调理模块接收到的由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率。
进一步地,该多路振弦传感器测频装置还包括:
时长读取模块,用于读取所述正弦信号的持续时长T0、所述脉冲激振所需的激振时长T1,以及频率测量所需的测量时长T2;
总时长计算模块,根据T3=T0-T1-T2计算最大采样总时长T3;
最大时长计算模块,根据计算单路采样最大时长T4,其中N是所述振弦传感器总路数;
最大采样点确定模块,根据Imax=V×T4计算单路最大采样点数Imax,其中V是预设采样频率;
单路采样点确定模块,读取预设最佳采样点数Ib,并在所述单路最大采样点数Imax范围内,选取出与所述最佳采样点数Ib最接近的采样点数,作为单路采样点数I;
采样时长计算模块,根据Tf1=I×V计算出所述第一预设采样时长Tf1。
进一步地,该多路振弦传感器测频装置还包括:
第二激振模块,还用于控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振。
多路选择模块,还用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第二预设采样时长,分时依次将每一路对应的第二正弦信号段发送至所述信号调理模块。
信号幅值的判断模块,用于判断所述信号调理模块接收到的第二正弦信号中,最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值是否小于预设下限阈值。
采样时长调整模块,用于若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值小于所述预设下限阈值,减小所述第二预设采样时长,并返回执行所述控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振的操作。
采样时长设置模块,用于若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值大于或等于所述预设下限阈值,将所述第二预设采样时长设置为所述第一预设采样时长。
进一步地,当所述激振模块中包含有与所述振弦传感器的数量相同,且与所述振弦传感器一一对应的激振电路时,该多路振弦传感器测频装置还包括:
频率读取模块,用于读取每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率。
激振设置模块,用于将每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率,设置为对该路所述振弦传感器进行激振的激振频率,并同时控制所有所述激振电路,按照该激振频率对对应的所述振弦传感器进行激振。
多路选择模块,还用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第三预设采样时长,分时依次将每一路对应的第三正弦信号段发送至所述信号调理模块。
测频模块,还用于对所述信号调理模块接收到的第三正弦信号进行所述预设采样频率的信号采样,并按照所述第三预设采样时长,对得出的第三信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第三振荡频率。
进一步地,所述第一预设采样时长小于所述第三预设采样时长。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图6是本发明一实施例提供的多路振弦传感器测频设备的示意图。如图6所示,该实施例的多路振弦传感器测频设备6包括:
激振电路61,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振。
多路选择电路62,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块。
信号调理电路63,用于接收由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号。
处理器64,对所述第一正弦信号进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率。
所述处理器60执行所述计算机程序64时实现上述各个多路振弦传感器测频方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤101至103。或者,所述处理器64执行上述各装置实施例中各模块/单元的功能,例如图5所示模块51至53的功能。
所述处理器64可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
还将理解的是,虽然术语“第一”、“第二”等在文本中在一些实施例中用来描述各种元素,但是这些元素不应该受到这些术语的限制。这些术语只是用来将一个元素与另一元素区分开。例如,第一接触可以被命名为第二接触,并且类似地,第二接触可以被命名为第一接触,而不背离各种所描述的实施例的范围。第一接触和第二接触都是接触,但是它们不是同一接触。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置/设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,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发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多路振弦传感器测频方法,其特征在于,包括:
控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振;
控制多路选择模块,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
对所述信号调理模块接收到的由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率;
当所述激振模块中包含有与所述振弦传感器的数量相同,且与所述振弦传感器一一对应的激振电路时,读取每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率;
将每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率,设置为对该路所述振弦传感器进行激振的激振频率,并同时控制所有所述激振电路,按照该激振频率对对应的所述振弦传感器进行激振;
控制所述多路选择模块,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第三预设采样时长,分时依次将每一路对应的第三正弦信号段发送至所述信号调理模块;
对所述信号调理模块接收到的第三正弦信号进行所述预设采样频率的信号采样,并按照所述第三预设采样时长,对得出的第三信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第三振荡频率,其中,第一正弦信号和第三正弦信号均是单次激振后测量得到的信号数据。
2.如权利要求1所述的多路振弦传感器测频方法,其特征在于,在所述控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振之前,还包括:
读取所述正弦信号的持续时长T0、所述脉冲激振所需的激振时长T1,以及频率测量所需的测量时长T2;
根据T3=T0-T1-T2计算最大采样总时长T3;
根据计算单路采样最大时长T4,其中N是所述振弦传感器总路数;
根据Imax=V×T4计算单路最大采样点数Imax,其中V是预设采样频率;
读取预设最佳采样点数Ib,并在所述单路最大采样点数Imax范围内,选取出与所述最佳采样点数Ib最接近的采样点数,作为单路采样点数I;
根据Tf1=I×V计算出所述第一预设采样时长Tf1。
3.如权利要求1所述的多路振弦传感器测频方法,其特征在于,在所述控制激振模块对每一路的振弦传感器均同时进行脉冲激振之前,还包括:
控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振;
控制所述多路选择模块,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第二预设采样时长,分时依次将每一路对应的第二正弦信号段发送至所述信号调理模块;
判断所述信号调理模块接收到的第二正弦信号中,最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值是否小于预设下限阈值;
若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值小于所述预设下限阈值,减小所述第二预设采样时长,并返回执行所述控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振的操作;
若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值大于或等于所述预设下限阈值,将所述第二预设采样时长设置为所述第一预设采样时长。
4.如权利要求1所述的多路振弦传感器测频方法,其特征在于,所述第一预设采样时长小于所述第三预设采样时长。
5.一种多路振弦传感器测频装置,其特征在于,包括:
第一激振模块,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振;
多路选择模块,用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
测频模块,用于对所述信号调理模块接收到的由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号,进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率;
频率读取模块,用于当所述激振模块中包含有与所述振弦传感器的数量相同,且与所述振弦传感器一一对应的激振电路时,读取每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率;
激振设置模块,用于将每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率,设置为对该路所述振弦传感器进行激振的激振频率,并同时控制所有所述激振电路,按照该激振频率对对应的所述振弦传感器进行激振;
多路选择模块,还用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第三预设采样时长,分时依次将每一路对应的第三正弦信号段发送至所述信号调理模块;
测频模块,还用于对所述信号调理模块接收到的第三正弦信号进行所述预设采样频率的信号采样,并按照所述第三预设采样时长,对得出的第三信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第三振荡频率,其中,第一正弦信号和第三正弦信号均是单次激振后测量得到的信号数据。
6.如权利要求5所述的多路振弦传感器测频装置,其特征在于,还包括:
激振模块,还用于控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振;
多路选择模块,还用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第二预设采样时长,分时依次将每一路对应的第二正弦信号段发送至所述信号调理模块;
信号幅值的判断模块,用于判断所述信号调理模块接收到的第二正弦信号中,最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值是否小于预设下限阈值;
采样时长调整模块,用于若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值小于所述预设下限阈值,减小所述第二预设采样时长,并返回执行所述控制所述激振模块对每一路的所述振弦传感器同时进行激振的操作;
采样时长设置模块,用于若最后一路所述振弦传感器对应的第二正弦信号段的平均幅值大于或等于所述预设下限阈值,将所述第二预设采样时长设置为所述第一预设采样时长。
7.如权利要求5所述的多路振弦传感器测频装置,其特征在于,所述第一预设采样时长小于所述第三预设采样时长。
8.一种多路振弦传感器测频设备,其特征在于,包括:
激振电路,用于对每一路的振弦传感器同时进行脉冲激振;
多路选择电路,将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第一预设采样时长,分时依次将每一路对应的第一正弦信号段输出至信号调理模块;
信号调理电路,用于接收由所述第一正弦信号段组成的第一正弦信号;
处理器,对所述第一正弦信号进行预设采样频率的信号采样,得到第一信号样本;按照所述第一预设采样时长,对所述第一信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第一振荡频率
处理器,还用于当所述激振模块中包含有与所述振弦传感器的数量相同,且与所述振弦传感器一一对应的激振电路时,读取每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率;
激振电路,还用于将每一路所述振弦传感器所对应的所述第一振荡频率,设置为对该路所述振弦传感器进行激振的激振频率,并同时控制所有所述激振电路,按照该激振频率对对应的所述振弦传感器进行激振;
多路选择电路,还用于将每一路所述振弦传感器输出的正弦信号按照第三预设采样时长,分时依次将每一路对应的第三正弦信号段发送至所述信号调理模块;
处理器,还用于对所述信号调理模块接收到的第三正弦信号进行所述预设采样频率的信号采样,并按照所述第三预设采样时长,对得出的第三信号样本进行分时频率测量,得出每一路所述振弦传感器对应的第三振荡频率,其中,第一正弦信号和第三正弦信号均是单次激振后测量得到的信号数据。
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