CN108534806B - 二芯制线缆标定内储振弦传感器及其二芯线双工切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明申请提供了一种二芯制线缆标定内储振弦传感器及其二芯线双工切换方法。二芯制线缆标定内储振弦传感器内增设存储部，存储部的半波整流供电电路供电连接存储单元，存储部串联开关电路构成存储部支路；单向电子开关与振弦传感线圈串联构成传感部支路，与存储部支路并联、连接二芯线引出线缆，存储单元的数据I/O线与半波整流供电电路的正极输入端并联，连接引出线缆的作为供电数据通讯线的芯线上。本发明还提供了二芯线双工切换方法。本技术方案在实现传感器内固化存储特征标定参数和编号的结构基础上，与常规二芯线线缆传感器具有一致无二的引出线缆结构，其电路组成简单，传输性能可靠、稳定，产品性能与成本的优化空间更大。
Description
技术领域
本发明申请涉及传感器，尤其涉及内部需要配备功能电路及数据传送引出线的传感器，如振弦传感器。
背景技术
振弦式传感器因结构简单、抗干扰能力强、工作稳定、可靠、受温度影响小、测值可靠、适于长期观测等诸多技术优点，被广泛应用，尤其在土木工程监测中完成压力、应力等测量方面，更是不可缺少。但因产品类型不同、制造工艺和结构差异，导致每个振弦式传感器的参数离散性很大，因此每一只振弦式传感器出厂时均配有编号和自身特定的标定参数，只有将测量频率值和其标定参数共同代入数学运算模型中换算，才能得到反映准确的物理量值。所以各振弦式传感器的标定参数不能相互替代、不能混淆。
振弦传感器的这一特性给实际检测操作带来了诸多不便，每只振弦传感器的编号，既是操作人员查找对应标定参数的依据，还是工程中现场安装位置的标志，整项工程中需要埋置几十个、几百个、甚至更多的振弦传感器，安装作业中一旦出现混淆、损坏、丢失，将直接造成无法通过换算获得准确物理量值，也无法确定测量值所在位置，只能弃用，浪费量大。
为解决上述技术问题，技术人员们采用振弦传感器内固化本身标定参数来解决上述技术问题，如专利技术CN1912856A。但伴随而来的技术问题是：振弦传感器内部功能电路的增加，也使传感器的引出线缆只采用多芯线缆，而无法使用最为简单的二芯线线缆，如上述专利公开技术中就采用了包括信号采集线、地线、电源线、时钟线和数据线的五芯线引出线缆。
采用内部存储电路存放标定参数的技术手段，固然能够解决勘测技术人员寻找编号、查找对应标定参数等琐碎操作的技术问题，却没有得到实际推广应用，纠其原因主要有两方面：一是电路组成复杂、功耗大，影响测量；二是多芯线引出线缆不仅改变了线缆与外接测量设备连接方式，连接难度大大增加，而且多芯引出线缆使每只传感器造价成本和现场安装成本都会大幅度增加，而且数据传输距离也会因信号传输可靠性和稳定性变差而受到极大的影响。
发明内容
本发明申请的发明目的在于将标定参数和编号固化于其振弦传感器之中，同时具有与常规振弦传感器一样的最为简单的二芯线引出线缆和与外接测量设备的连接结构，通过二芯线完成传感变送信号测量和本传感器特性标定参数读取传输的双重功能，从而完成一对一运算、获得准确换算物理量值的二芯制线缆标定内储振弦传感器及其二芯线双工切换方法。
本发明申请提供的二芯制线缆标定内储振弦传感器技术方案，其主要技术内容是：一种二芯制线缆标定内储振弦传感器，传感器内增设存储部，存储部的半波整流供电电路供电连接存储单元，存储部串联开关电路构成存储部支路；单向电子开关与振弦传感线圈串联构成传感部支路，与存储部支路极性相反并联、连接二芯线引出线缆，存储部支路的开关电路由被控开关和连接于半波整流供电电路供电端的触发电路构成，存储单元的数据I/O线与半波整流供电电路的正极输入端并联，连接引出线缆的作为供电数据通讯线的芯线上。
基于上述的二芯制线缆标定内储振弦传感器的二芯线双工切换方法：其引出线缆的二芯线为连接半波整流供电电路的正极输入端的芯线一和另一连接于传感线圈一端的芯线二，两芯线由外接测量仪表的双工切换方法为：芯线二接地，则芯线一为供电数据通讯线；芯线一接地，则芯线二为激励测量线。
本发明申请的二芯制线缆标定内储振弦传感器及其二芯线双工切换方法技术方案，在实现传感器内固化存储特征标定参数和编号的结构基础上，真正实现了与常规二芯线线缆传感器一致无二的引出线缆技术目的，电路组成简单。本技术方案不关联、不改变传感器原有结构，由原二芯线线缆完成包括传感测量和标定参数读写数据通讯的双功能，互不影响、也互不干扰，与常规振弦传感器产品具有相同的引出线缆结构和外接结构，也具有与常规振弦传感器相同的信号传输可靠性和稳定性，传输性能不变，产品性能与成本的优化空间更大，易于广泛推广、应用。
附图说明
图1为本发明申请的电路组成框图。
图2为一具体实施电路原理图。
图3和图4分别为存储单元的另两实施例电路原理图。
图5和图6分别为开关电路的另两实施例电路原理图。
具体实施方式
本发明申请的二芯制线缆标定内储振弦传感器，其传感器内部增设有存储部，存储部的半波整流供电电路供电连接存储单元，与振弦传感线圈L一起，仅由二芯线引出缆线连接外部测量设备。本传感器内的存储单元被写入传感线圈的特征标定参数和编号，外部测量设备由二芯线缆线一测量振弦传感变送信号，二读取存储本传感器特征标定参数，再由数学换算模型运算获得相应的压力值KN、应力值MPa、位移值mm、应变uε等物理量。
本二芯制线缆标定内储振弦传感器，其存储部的设置不关联影响振弦传感器本体XH的原有结构，也即传感线圈L的设置结构与现有传感器结构及今后改进型传感器无异，由振弦感应传感线圈L感应产生变送频率信号，传感线圈L与作为单向电子开关K1的单向二极管D1的正极连接、串联构成传感部支路，其中的单向二极管D1还可由其它单向导通电子部件替代，如开关二极管、整流二极管、稳压二极管、检波二极管、瞬态二极管等。存储部的半波整流供电电路与开关电路K2串联构成存储部支路，半波整流供电电路供电输出连接存储单元，前端设有由稳压二极管WD构成的过压保护电路BH，存储单元的数据I/O线与半波整流供电电路的正极输入端并联于引出线缆的一芯线LineA上。传感部支路与存储部支路极性反向并联，如图2所示，传感部支路的负极端与存储部支路的正极端并联至节点Dot 1，传感部支路传感线圈L一端与存储部支路的负极端并联至节点Dot3上，节点Dot1、Dot3分别作为引出线缆的二芯线LineA、LineB，连接外接测量设备。所述的二芯线为芯线一LineA和芯线二LineB，连接于节点Dot 1的芯线一LineA为供电数据通讯线，连接于节点Dot3的芯线二LineB为激励测量线。外接测量设备按两芯线各自功能设定的切换方法为：芯线二LineB接地，则芯线一LineA承担供电数据通讯职能；芯线一LineA接地，则芯线二LineB承担激励及变送信号测量职能。存储单元的数据I/O线与半波整流供电电路的正极输入端并联在为供电数据通讯线的芯线一LineA上。
所述的存储单元可有多种实现构成结构，如采用一线式总线的EEPROM存储器，如图3所示，或存储单元采用具有可擦除flash和EEPROM的嵌入式微控制器，如图2所示，或采用图1、图4所示的外接存储芯片MC的单片机MCU系统等等。
半波整流供电电路可有多种选择结构类型，在本实施例选用的是由整流二极管D2和充电电容C组成的常规电路。
所述的开关电路K2由被控开关和连接于半波整流供电电路供电端的触发电路构成。如图2所示，其一实施例结构是：其中的被控开关由单向可控硅SCR和极性与单向可控硅极性相反的二极管D3并联连接构成，二极管D3极性与半波整流供电电路同向，单向可控硅SCR的控制极触发电路为连接于半波整流供电电路供电端与地线间且极性与半波整流供电电路同向的单向二极管D4连接的电阻分压电路R1、R2构成，电阻分压节点Dot5连接至单向可控硅SCR控制极。所述的被控开关还可由双向可控硅替代，如图5所示。所述的开关电路K2的另一种实施例结构，如图6所示，由继电器J构成，继电器线圈连接于半波整流供电电路供电端与地线间，继电器开关Kj串联于芯线LineB与半波整流供电电路的地线Vss之间。
其工作过程是：
1、测量传感变送信号：外接测量设备按传感器测量工作方式输出规制信号：芯线一LineA接地，由芯线二LineB为激励测量线。此时，单向电子开关K1导通，存储部支路中的半波整流供电电路与传感部支路极性相反，开关电路K2截止而使存储部支路与传感部支路隔离；外接测量设备经作为激励测量线的芯线二LineB由已独立工作的传感部支路构成测量回路，激励和测量振弦传感器的频率变送电信号，其工作原理与常规振弦传感器工作原理相同;
2、供电数据通讯传送：外接测量设备按供电数据通讯工作输出规制信号：芯线二LineB接地，由芯线一LineA为供电数据通讯线。此时，单向电子开关K1截止，使传感部支路脱离工作；存储部支路为开通状态，外接测量设备由作为供电数据通讯线的芯线一LineA和芯线二LineB与存储部支路构成供电数据通讯回路，芯线一LineA加载至半波整流供电电路，一路连接存储单元的I/O总线，作为数据通讯线，用于写入、读出存储单元内存储的本传感器标定参数，另还作为外接供电线路供电给连接的半波整流供电电路，为一缆双能。当芯线一LineA呈高电平，整流二极管D2和开关电路K2的二极管D3导通，向半波整流供电电路的充电电容C充电，当芯线一LineA呈低电平，整流二极管D2和开关电路K2的二极管D3截止，将半波整流供电电路的供电状态与芯线一LineA作为数据通讯线时的数据通讯状态相隔离，此时由充电电容C存储的电压为存储单元供电，同时可控硅SCR由控制极触发电路触发呈待导通状态，当存储单元向外接测量设备输出数据在LineA呈高电平时，可控硅SCR导通，维持内部存储单元的接地回路需要，外接测量设备数据通讯，读取本传感器内固化的标定参数，用于由数学换算模型运算获得压力值KN、应力值MPa、位移值mm、应变uε等物理量。
Claims (4)
1.一种二芯制线缆标定内储振弦传感器，传感器内增设存储部，其特征在于,
所述的存储部，是半波整流供电电路供电连接的存储单元，存储部串联开关电路(K2)构成存储部支路；
所述的半波整流供电电路，由整流二极管(D2)和充电电容(C)组成；
所述存储单元的数据I/O线与半波整流供电电路的正极输入端并联，连接引出线缆的作为供电数据通讯线的芯线一(LineA)；
单向电子开关(K1)与振弦传感线圈(L)串联构成传感部支路，与存储部支路极性相反并联、连接二芯线引出线缆；
存储部支路的开关电路(K2)，由被控开关和连接于半波整流供电电路供电端的触发电路构成，所述的开关电路(K2)，其被控开关可由单向可控硅(SCR)和极性与单向可控硅(SCR)极性相反的二极管(D3)并联连接构成，或为双向可控硅，其中极性与可控硅(SCR)反接的二极管(D3)与可控硅(SCR)并联，二极管(D3)极性与半波整流供电电路同向，可控硅(SCR)的控制极触发电路为连接于半波整流供电电路供电端与地线间且极性与半波整流供电电路同向的单向二极管(D4)连接的电阻分压电路构成，电阻分压节点连接至可控硅(SCR)控制极；
其工作过程是：
1)、测量传感变送信号：外接测量设备按传感器测量工作方式输出规制信号：芯线一(LineA)接地，由芯线二(LineB)为激励测量线，此时，单向电子开关(K1)导通，存储部支路中的半波整流供电电路与传感部支路极性相反，开关电路(K2)截止而使存储部支路与传感部支路隔离；外接测量设备经作为激励测量线的芯线二(LineB)由已独立工作的传感部支路构成测量回路，激励和测量振弦传感器的频率变送电信号；
2)、供电数据通讯传送：外接测量设备按供电数据通讯工作输出规制信号：芯线二(LineB)接地，由芯线一(LineA)为供电数据通讯线，此时，单向电子开关(K1)截止，使传感部支路脱离工作；存储部支路为开通状态，外接测量设备由作为供电数据通讯线的芯线一(LineA)和芯线二(LineB)与存储部支路构成供电数据通讯回路，芯线一(LineA)加载至半波整流供电电路，一路连接存储单元的I/O总线，作为数据通讯线，用于写入、读出存储单元内存储的本传感器标定参数，另还作为外接供电线路供电给连接的半波整流供电电路，为一缆双能；当芯线一(LineA)呈高电平，整流二极管(D2)和开关电路(K2)的二极管(D3)导通，向半波整流供电电路的充电电容(C)充电，当芯线一(LineA)呈低电平，整流二极管(D2)和开关电路(K2)的二极管(D3)截止，将半波整流供电电路的供电状态与芯线一(LineA)作为数据通讯线时的数据通讯状态相隔离，此时由充电电容(C)存储的电压为存储单元供电，同时可控硅(SCR)由控制极触发电路触发呈待导通状态，当存储单元向外接测量设备输出数据在(LineA)呈高电平时，可控硅(SCR)导通，维持内部存储单元的接地回路需要，外接测量设备数据通讯，读取本传感器内固化的标定参数，用于由数学换算模型运算获得压力值KN、应力值MPa、位移值mm、应变uε物理量。
2.根据权利要求1所述的二芯制线缆标定内储振弦传感器，其特征在于所述的开关电路(K2)由继电器(J)构成，继电器线圈连接于半波整流供电电路供电端与地线间，被控开关为继电器开关(KJ)串联于芯线二(LineB)与半波整流供电电路的地线之间。
3.根据权利要求1所述的二芯制线缆标定内储振弦传感器，其特征在于单向电子开关(K1)为开关二极管、整流二极管、稳压二极管、检波二极管、瞬态抑制二极管。
4.一种基于权利要求1-3中任意之一所述的二芯制线缆标定内储振弦传感器的二芯线双工切换方法：引出线缆的二芯线为连接半波整流供电电路的正极输入端的芯线一(LineA)和另一连接于传感线圈一端的芯线二(LineB)，两芯线双功能由外接测量仪表切换方法为：芯线二(LineB)接地，则芯线一(LineA)为供电数据通讯线；芯线一(LineA)接地，则芯线二(LineB)为激励测量线。
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