CN115346348B - 用于土木结构的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明用于土木结构的监测装置，信号接收电路接收经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经噪声消除、选频、抑制正负极性干扰进入差动放大器，进一步差动去噪后输出到横向比较电路，经采样保持后输出，采样保持后信号值大时，三极管Q5导通，并计算出采样前后的变化率，变化率大时，采样前信号经均值滤波后再经采样保持后输出，采样保持后信号值大、且变化率小时，采样前信号进入纵向比较电路，采用差动放大器计算出与另一路损伤裂缝信号的差值，差值小时，三极管Q3导通，预警电路在三极管Q5、Q3导通时，红色指示灯LED1亮，进行裂缝报警，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，橙色指示灯LED1亮，进行裂缝预警。

Description

用于土木结构的监测装置

技术领域

本发明属于土木结构技术领域，尤其涉及用于土木结构的监测装置。

背景技术

土木结构物由于承载及工作环境等因素的作用,造成损伤、裂缝的出现是损伤的最初先兆，因此，工程安全要求对裂缝进行行之有效监测和分析,也是对结构物耐久性评价的基础，现有技术采用在结构物内埋入振弦式传感器进行检测，其结构简单、输出的是频率信号，无需A/D转换、抗干扰能力强、寿命长等特点被土木工程界广泛应用，但外界干扰、以及振弦式传感器本身激振时产生较大的电磁干扰，温差、振弦疲劳等会影响监测精度，进而造成裂缝报警可靠性差。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供用于土木结构的监测装置，对振弦式传感器检测的损伤裂缝信号，首先采取噪声消除、选频、抑制正负极性干扰进、差动去噪，并对采样前后的损伤裂缝信号进行横向比较均值滤波处理，提高检测的精度，对采样前的损伤裂缝信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值的纵向比较，提高裂缝报警的可靠性。

其技术方案是，包括信号接收电路、横向比较电路、纵向比较电路、预警电路，所述信号接收电路接收传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经噪声消除、选频、抑制正负极性干扰进入差动放大器，进一步差动去噪后输出；

所述横向比较电路接收差动去噪后信号，采用采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，采样前信号触发三极管Q5导通，并采用积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，三极管Q2导通，采样前信号经均值滤波电路均值滤波后再经采样保持后输出，采样保持后信号值大时，且变化率小时，三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路；

所述纵向比较电路接收采样前信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，采用差动放大器计算出差值，差值小时，三极管Q3导通；

所述预警电路在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮。

优选的，所述横向比较电路包括开关U1，开关U1的引脚4连接运算放大器AR1的输出端、电阻R7的另一端，开关U1的引脚3分别连接接地电容C5的一端、运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端和输出端分别连接稳压管Z1的负极、运算放大器AR2的同相输入端、接地电阻R8的一端，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL2的控制极、电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极连接运算放大器AR1的输出端，晶闸管VTL1的阴极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接电源+5V，三极管Q5的发射极连接接地电阻R12的一端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C4的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R9的另一端、电容C4的另一端、二极管D5的正极、电感L2的一端，电感L2的另一端连接晶闸管VTL2的阳极极，二极管D5的负极分别连接开关U1的控制端、三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接运算放大器AR1的输出端，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接电解电容E2的正极，电解电容E2的负极分别连接电阻R15的一端、电阻R14的一端，电阻R15的另一端分别连接二极管D3的负极、电阻R17的一端、运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4同相输入端连接接地电阻R16的一端，运算放大器AR4的输出端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R17的另一端、电阻R18的一端，电阻R18的另一端分别连接电阻R14的另一端、电阻R20的一端、电解电容E3的正极、运算放大器AR5的反相输入端，运算放大器AR5的同相输入端连接接地电阻R19的一端，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R20的另一端、电解电容E3的负极、开关U1的引脚2。

本发明的有益效果：一，经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经噪声消除、选频，二极管D1抑制负极性干扰进入差动放大器，二极管D2抑制正极性干扰进入差动放大器，进一步差动去噪，之后经采用采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，稳压管Z1反向击穿、晶闸管VTL1导通，采样前信号经导通的晶闸管VTL1加到三极管Q5的基极，采样前信号触发三极管Q5导通，三极管Q5的发射极输出+5V高电平信号，并采用积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，开关U1动作，三极管Q2导通，采样前信号经导通的三极管Q2进入均值滤波电路均值滤波，经动作的开关U1、再经采样保持后输出，实现对采样前后的损伤裂缝信号进行横向比较均值滤波处理，提高检测的精度；

二，采样保持后信号值大时，且变化率小时，触发晶闸管VTL2导通、三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路，采用差动放大器计算出与另一路振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值，差值小时，三极管Q3导通，三极管Q3的集电极输出+5V高电平信号，在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，进行裂缝报警，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮，进行裂缝预警，实现对采样前的损伤裂缝信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值的纵向比较，提高裂缝报警的可靠性。

附图说明

图1是本发明电路图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下结合说明书附图1，对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。

用于土木结构的监测装置，包括信号接收电路、横向比较电路、纵向比较电路、预警电路，所述信号接收电路接收经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经串联的电容C1和电阻R1、串联的电容C2和电阻R2、电容C3噪声消除，电容C1、电阻R1、电阻R3、电容C3选频，电容C2、电阻R2、电阻R3、电容C3选频，二极管D1抑制负极性干扰进入运算放大器AR1的同相输入端，二极管D2抑制正极性干扰进入运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1、电阻R4-电阻R6组成差动放大器，进一步差动去噪后输出；

所述横向比较电路接收差动去噪后信号，采用采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，稳压管Z1反向击穿、晶闸管VTL1导通，采样前信号经导通的晶闸管VTL1加到三极管Q5的基极，采样前信号触发三极管Q5导通，三极管Q5的发射极输出+5V高电平信号，并采用运算放大器AR2、电阻R7-电阻R9、电容C4组成的积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，开关U1动作，三极管Q2导通，采样前信号经导通的三极管Q2进入均值滤波电路均值滤波，经动作的开关U1、再经采样保持后输出，实现对采样前后的损伤裂缝信号进行横向比较均值滤波处理，提高检测的精度，采样保持后信号值大时，且变化率小时，触发晶闸管VTL2导通、三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路，采用差动放大器计算出与另一路振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值，差值小时，三极管Q3导通，三极管Q3的集电极输出+5V高电平信号；

所述预警电路在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，进行裂缝报警，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮，进行裂缝预警，实现对采样前的损伤裂缝信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值的纵向比较，提高裂缝报警的可靠性。

在上述技术方案中，所述信号接收电路接收经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经串联的电容C1和电阻R1、串联的电容C2和电阻R2、电容C3噪声消除，电容C1、电阻R1、电阻R3、电容C3选频，电容C2、电阻R2、电阻R3、电容C3选频，二极管D1抑制负极性干扰进入运算放大器AR1的同相输入端，二极管D2抑制正极性干扰进入运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1、电阻R4-电阻R6组成差动放大器，进一步差动去噪后输出，包括电容C1、电容C2，电容C1的一端、电容C2的一端连接传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，电容C1的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R3的一端、二极管D1的正极，电容C2的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电容C3的另一端、电阻R3的另一端、二极管D2的负极，二极管D1的负极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R6的一端、运算放大器AR1的同相输入端，二极管D2的正极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1的输出端和电阻R6的另一端为信号接收电路输出信号。

在上述技术方案中，所述横向比较电路接收差动去噪后信号，采用开关U1、电容C5、运算放大器AR3组成的采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，稳压管Z1反向击穿、晶闸管VTL1导通，采样前信号经导通的晶闸管VTL1加到三极管Q5的基极，采样前信号触发三极管Q5导通，三极管Q5的发射极输出+5V高电平信号，并采用运算放大器AR2、电阻R7-电阻R9、电容C4组成的积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，开关U1动作，三极管Q2导通，采样前信号经导通的三极管Q2进入电阻R13-电阻R20、电解电容E2和E3、二极管D3和D4组成的均值滤波电路均值滤波，经动作的开关U1、再经采样保持后输出，实现对采样前后的损伤裂缝信号进行横向比较均值滤波处理，提高检测的精度，采样保持后信号值大时，且变化率小时，触发晶闸管VTL2导通、三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路，包括开关U1，开关U1的引脚4连接运算放大器AR1的输出端、电阻R7的另一端，开关U1的引脚3分别连接接地电容C5的一端、运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端和输出端分别连接稳压管Z1的负极、运算放大器AR2的同相输入端、接地电阻R8的一端，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL2的控制极、电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极连接运算放大器AR1的输出端，晶闸管VTL1的阴极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接电源+5V，三极管Q5的发射极连接接地电阻R12的一端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C4的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R9的另一端、电容C4的另一端、二极管D5的正极、电感L2的一端，电感L2的另一端连接晶闸管VTL2的阳极，二极管D5的负极分别连接开关U1的控制端、三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接运算放大器AR1的输出端，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接电解电容E2的正极，电解电容E2的负极分别连接电阻R15的一端、电阻R14的一端，电阻R15的另一端分别连接二极管D3的负极、电阻R17的一端、运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4同相输入端连接接地电阻R16的一端，运算放大器AR4的输出端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R17的另一端、电阻R18的一端，电阻R18的另一端分别连接电阻R14的另一端、电阻R20的一端、电解电容E3的正极、运算放大器AR5的反相输入端，运算放大器AR5的同相输入端连接接地电阻R19的一端，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R20的另一端、电解电容E3的负极、开关U1的引脚2。

在上述技术方案中，所述纵向比较电路接收采样前信号和另一路振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号（在此设置两者的激振时间、频率不同，也即控制进行间歇工作），采用运算放大器AR6、电阻R21-电阻R24、电容C6-电容C8组成的差动放大器计算出差值，差值小时，三极管Q3导通，三极管Q3的集电极输出+5V高电平信号，包括三极管Q1、电阻R21、电容C8，三极管Q1的基极连接晶闸管VTL2的阴极，三极管Q1的发射极连接运算放大器AR1的输出端，三极管Q1的集电极连接电容C6的一端，电容C6的另一端分别连接电阻R22的一端、电阻R24的一端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器AR6的反相输入端、电容C7的一端，电阻R21的一端、接地电容C8的一端连接同一时间另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，电阻R21的另一端分别连接运算放大器AR6的同相输入端、接地电阻R23的一端，运算放大器AR6的输出端分别连接电容C7的另一端、电阻R24的另一端。

在上述技术方案中，所述预警电路在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，进行裂缝报警，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮，进行裂缝预警，实现对采样前的损伤裂缝信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值的纵向比较，提高裂缝报警的可靠性，包括电感L1，电感L1的一端连接运算放大器AR6的输出端，电感L1的另一端三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极连接电源+5V，三极管Q3的集电极分别连接接地电阻R25的一端、与门U1的引脚B，与门U1的引脚A连接三极管Q5的发射极，与门U1的引脚Y连接开关U2的引脚1，开关U2的引脚3连接三极管Q5的发射极，开关U2的引脚2连接红色指示灯LED1的正极，开关U2的引脚3连接橙色指示灯LED2的正极。

本发明具体使用时，信号接收电路接收经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经串联的电容C1和电阻R1、串联的电容C2和电阻R2、电容C3噪声消除，电容C1、电阻R1、电阻R3、电容C3选频，电容C2、电阻R2、电阻R3、电容C3选频，二极管D1抑制负极性干扰进入运算放大器AR1的同相输入端，二极管D2抑制正极性干扰进入运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1、电阻R4-电阻R6组成差动放大器，进一步差动去噪后输出到横向比较电路，采用采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，稳压管Z1反向击穿、晶闸管VTL1导通，采样前信号经导通的晶闸管VTL1加到三极管Q5的基极，采样前信号触发三极管Q5导通，三极管Q5的发射极输出+5V高电平信号，并采用积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，开关U1动作，三极管Q2导通，采样前信号经导通的三极管Q2进入均值滤波电路均值滤波，经动作的开关U1、再经采样保持后输出，实现对采样前后的损伤裂缝信号进行横向比较均值滤波处理，提高检测的精度，采样保持后信号值大时，且变化率小时，触发晶闸管VTL2导通、三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路，采用差动放大器计算出与另一路振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值，差值小时，三极管Q3导通，三极管Q3的集电极输出+5V高电平信号，预警电路在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，进行裂缝报警，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮，进行裂缝预警，实现对采样前的损伤裂缝信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号差值的纵向比较，提高裂缝报警的可靠性。

Claims (1)

1.用于土木结构的监测装置，包括信号接收电路、横向比较电路、纵向比较电路、预警电路，其特征在于，所述信号接收电路接收经频率电压转换后的振弦式传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，经噪声消除、选频、抑制正负极性干扰进入差动放大器，进一步差动去噪后输出；

所述横向比较电路接收差动去噪后信号，采用采样保持电路采样保持后输出，采样保持后信号值大时，采样前信号触发三极管Q5导通，并采用积分器计算出采样前后的变化率，变化率大时，三极管Q2导通，采样前信号经均值滤波电路均值滤波后再经采样保持后输出，采样保持后信号值大时，且变化率小时，三极管Q1导通，采样前信号进入纵向比较电路；

所述纵向比较电路接收采样前信号和另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，采用差动放大器计算出差值，差值小时，三极管Q3导通；

所述预警电路在三极管Q5导通、三极管Q3导通时，与门U1输出高电平，开关U1动作，红色指示灯LED1亮，在三极管Q5导通、三极管Q3截止时，与门U1输出低电平，开关U1不动作，橙色指示灯LED1亮；

所述信号接收电路包括电容C1、电容C2，电容C1的一端、电容C2的一端连接传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，电容C1的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电容C3的一端、电阻R3的一端、二极管D1的正极，电容C2的另一端连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别连接电容C3的另一端、电阻R3的另一端、二极管D2的负极，二极管D1的负极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R6的一端、运算放大器AR1的同相输入端，二极管D2的正极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接运算放大器AR1的反相输入端，运算放大器AR1的输出端和电阻R6的另一端为信号接收电路输出信号；

所述横向比较电路包括开关U1，开关U1的引脚4连接运算放大器AR1的输出端、电阻R7的另一端，开关U1的引脚3分别连接接地电容C5的一端、运算放大器AR3的同相输入端，运算放大器AR3的反相输入端和输出端分别连接稳压管Z1的负极、运算放大器AR2的同相输入端、接地电阻R8的一端，稳压管Z1的正极连接晶闸管VTL2的控制极、电阻R10的一端，电阻R10的另一端连接晶闸管VTL1的控制极，晶闸管VTL1的阳极连接运算放大器AR1的输出端，晶闸管VTL1的阴极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接电源+5V，三极管Q5的发射极连接接地电阻R12的一端，运算放大器AR2的反相输入端分别连接电阻R7的一端、电阻R9的一端、电容C4的一端，运算放大器AR2的输出端分别连接电阻R9的另一端、电容C4的另一端、二极管D5的正极、电感L2的一端，电感L2的另一端连接晶闸管VTL2的阳极极，二极管D5的负极分别连接开关U1的控制端、三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接运算放大器AR1的输出端，三极管Q2的集电极连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端连接电解电容E2的正极，电解电容E2的负极分别连接电阻R15的一端、电阻R14的一端，电阻R15的另一端分别连接二极管D3的负极、电阻R17的一端、运算放大器AR4的反相输入端，运算放大器AR4同相输入端连接接地电阻R16的一端，运算放大器AR4的输出端分别连接二极管D3的正极、二极管D4的负极，二极管D4的正极分别连接电阻R17的另一端、电阻R18的一端，电阻R18的另一端分别连接电阻R14的另一端、电阻R20的一端、电解电容E3的正极、运算放大器AR5的反相输入端，运算放大器AR5的同相输入端连接接地电阻R19的一端，运算放大器AR5的输出端分别连接电阻R20的另一端、电解电容E3的负极、开关U1的引脚2；

所述纵向比较电路包括三极管Q1、电阻R21、电容C8，三极管Q1的基极连接晶闸管VTL2的阴极，三极管Q1的发射极连接运算放大器AR1的输出端，三极管Q1的集电极连接电容C6的一端，电容C6的另一端分别连接电阻R22的一端、电阻R24的一端，电阻R22的另一端分别连接运算放大器AR6的反相输入端、电容C7的一端，电阻R21的一端、接地电容C8的一端连接同一时间另一路传感器检测的土木结构损伤裂缝信号，电阻R21的另一端分别连接运算放大器AR6的同相输入端、接地电阻R23的一端，运算放大器AR6的输出端分别连接电容C7的另一端、电阻R24的另一端；

所述预警电路包括电感L1，电感L1的一端连接运算放大器AR6的输出端，电感L1的另一端三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极连接电源+5V，三极管Q3的集电极分别连接接地电阻R25的一端、与门U1的引脚B，与门U1的引脚A连接三极管Q5的发射极，与门U1的引脚Y连接开关U2的引脚1，开关U2的引脚3连接三极管Q5的发射极，开关U2的引脚2连接红色指示灯LED1的正极，开关U2的引脚3连接橙色指示灯LED2的正极。