CN117268251B - 一种应变测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于应力应变测量技术领域，具体公开了一种应变测量系统，其包括应变测量模块、信号获取模块和控制模块；应变测量模块包括桥接电路，桥接电路与待测构件上的应变片连接；信号获取模块用于接收桥接电路的控制信号，控制信号根据测量目的和应变片的数量确定；控制模块与信号获取模块和桥接电路连接，用于根据控制信号调节桥接电路的桥接路径，使桥接电路采集应变片的应变信号。本发明通过信号获取模块接收控制信号，控制模块调节桥接电路的桥接路径，实现非人工接触式的桥接电路的连接路径调节。其可应用于各种复杂环境和现场条件的远程控制，减少了人力成本和人为误差的可能性，实现远程测量，降低了技术人员现场测量的安全风险。
Description
技术领域
本发明公开了一种应变测量系统，属于应力应变测量技术领域。
背景技术
应力应变是应力与应变的统称，应力为单位面积上所承受的附加内力；物体受力产生变形时，体内各点处变形程度一般不同，用以描述一点处变形的程度的力学量是该点的应变。
通常，我们将应变片固定在被测构件上，当构件变形时，应变片的电阻值发生变化，通过应变电桥把应变片阻值的变化转化成电压或电流的变化，获得应力应变测量值。电桥与应变片组成的测量电路多种多样。
针对不同的应力应变测量有不同的桥路连接方式，而现有技术中，通常不同的桥接方式需要技术人员在测量现场手动调节，其不仅费时费力，容易产生误差，且在恶劣测量环境下，测量现场技术人员的安全存在较大隐患。
发明内容
本申请的目的在于，提供一种应变测量系统以解决人工现场调节桥接方式的技术问题。为实现上述目的，本发明提出了一种应变测量系统，具体方案如下：
一种应变测量系统，包括应变测量模块、信号获取模块和控制模块；
所述应变测量模块包括桥接电路，所述桥接电路与待测构件上的应变片连接；
所述信号获取模块用于接收所述桥接电路的控制信号，所述控制信号根据测量目的和所述应变片的数量确定；
所述控制模块与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述控制信号调节所述桥接电路的桥接路径，使所述桥接电路采集所述应变片的应变信号。
优选的，所述信号获取模块为移动终端；
所述信号获取模块与所述控制模块通过广域通信单元连接。
优选的，还包括显示模块；
所述显示模块与所述应变测量模块连接，用于显示所述应变信号。
优选的，还包括存储模块；
所述存储模块与所述应变测量模块连接，用于存储所述应变信号。
优选的，所述应变测量模块还包括运放电路；
所述信号获取模块还用于接收所述运放电路的放大参数；
所述运放电路与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述放大参数放大所述应变信号。
优选的，还包括偏移调整电路；
所述信号获取模块还用于接收所述偏移调整电路的偏移调整参数；
所述偏移调整电路与所述信号获取模块和所述运放电路连接，用于根据所述偏移调整参数调整所述运放电路放大后的所述应变信号。
优选的，还包括转换模块；
所述转换模块与所述桥接电路连接，用于将所述应变信号转换为数字信号。
优选的，还包括处理模块；
所述处理模块与所述转换模块连接，用于对所述数字信号进行计算处理。
优选的，所述应变测量模块的数量为多个。
有益效果：本发明通过信号获取模块接收控制信号，控制模块控制桥接电路的桥接路径，实现非人工接触式的桥接电路的连接路径调节。其可应用于例如高楼、山地、隧洞和水下等各种复杂环境和现场条件的远程控制，大大减少了人力成本和人为误差的可能性，实现远程控制、检测和数据采集的功能，降低了技术人员现场测量的安全风险；可用于对油气管网、山体隧洞等长时间监控。
附图说明
图1为本发明实施例中应变测量系统示意图；
图2 为本发明实施例中应变测量模块示意图。
图中：1、应变片；2、应变测量模块；3、AD转换模块；4、处理器；5、通信处理单元；6、LAN通信接口；7、WiFi通信接口；8、4G/5G远程数据单元；9、现场计算机；10、云服务器；11、远程计算机；12、手机；20、接线端子；21、工作应变片；22、匹配电阻I；23、匹配电阻II；24匹配电阻III；25、信号继电器I；26、信号继电器II；27、信号继电器III；28、激励电源；29、数字控制运放电路；30、数字总线；31、模拟量信号输出通道。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
一种应变测量系统，包括应变测量模块2、信号获取模块和控制模块；所述应变测量模块2包括桥接电路，所述桥接电路与待测构件上的应变片1连接；所述信号获取模块用于接收所述桥接电路的控制信号，所述控制信号根据测量目的和所述应变片1的数量确定；所述控制模块与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述控制信号调节所述桥接电路的桥接路径，使所述桥接电路采集所述应变片1的应变信号。
本发明的信号获取模块与控制模块可以远程连接，也可采用现场连接，作为本发明的一种优选方案，所述信号获取模块为移动终端；所述信号获取模块与所述控制模块通过广域通信单元连接。
为了实时监控显示测量数据，本发明的一种优选方案，还包括显示模块；所述显示模块与所述应变测量模块2连接，用于显示所述应变信号。
测量历史数据对于数据研究、数据管理等具有重要意义，本发明的一种优选方案，还包括存储模块；所述存储模块与所述应变测量模块2连接，用于存储所述应变信号。存储模块用于保存信息，其具有确保数据安全、方便查找、提高管理效率、改进工作质量、为决策提供信息基础等作用。
具体的，如图1所示，本实施例中同时具备现场和远程两种连接方式，其中移动终端与控制模块通过通信处理单元5连接，通信处理单元5包括广域通信单元和局域通信单元，即，具体的包括LAN（局域网，Local Area Network，LAN）通信接口6、WiFi（无线网，Wireless Fidelity，WiFi）通信接口7和4G/5G远程数据单元8；本实施例中移动终端包括计算机和手机12等设备，其中LAN通信接口6与现场计算机9连接，WiFi通信接口7包括WiFi AP（无线接入点，Access Point ，AP）和WiFi终端，作为WiFi AP时，现场计算机9可以直接连接WiFi AP；也可以作为WiFi终端接入无线网络中。 4G/5G远程数据单元8将应变信号通过4G/5G网络传输至指定IP的远程服务器，通过云服务器10的服务软件数据处理，实现对远程用户端的远程计算机11和手机12的数据共享服务。具体的，4G/5G远程数据单元8为4G/5G DTU（无线终端设备，Data Transfer Unit，DTU）。
本实施例中的信号获取模块包括现场计算机9、远程计算机11和手机12，现场计算机9、远程计算机11和手机12均具有应用软件，用于存储、显示应变信号，同时也包括输入或设置控制信号的指令的软件，用于通过技术人员在现场计算机9或远程计算机11或手机12端输入控制信号的指令，控制模块根据控制信号完成指令。
进一步的，本发明的所述应变测量模块2还包括运放电路；所述信号获取模块还用于接收所述运放电路的放大参数；所述运放电路与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述放大参数放大所述应变信号。
进一步的，本发明的所述应变测量模块2还包括偏移调整电路；所述信号获取模块还用于接收所述偏移调整电路的偏移调整参数；所述偏移调整电路与所述信号获取模块和所述运放电路连接，用于根据所述偏移调整参数调整所述运放电路放大后的所述应变信号。
具体的，本实施例中，本实施例应变测量模块2如图2所示，包括4个外部接线端子20，接线端子20分别命名为A、B、C、D，接线端子20与待测构件上的应变片1连接，技术人员根据工作目的及应变片1的数量判断连接方式并连接应变片1，在现场计算机9、远程计算机11或手机12上设置连接方式，即输入控制信号，控制模块根据控制信号调节内部桥接路径；如图2所示，本实施例中，桥接电路内接入高精度组桥电路的3个匹配电阻、3个信号继电器及为电桥测量提供工作基准电压的高精度激励电源28，每个信号继电器用于控制匹配电阻在桥接电路内的连接方式。具体的，本实施例中，控制模块设置在处理器4中，控制信号通过移动终端传输至处理器4内的控制模块，控制模块根据控制信号调节3个信号继电器的连接与否，以此调节匹配电阻在桥接电路内的连接方式。
具体的，在现场计算机9或自远程计算机11或手机12上设置控制信号的指令，控制信号的指令包括配置设置指令和参数转换设置指令，控制信号的指令通过网络总线传输到通信处理单元5，通信处理单元5将收到的指令传输至处理器4，处理器4根据接收到的信息进行配置设置处理。配置设置主要包括桥接电路的配置设置和应变测量模块2的配置设置。桥接电路配置设置通过处理器4内部控制模块的桥接电路软件模块控制，经过处理器4的输出口进行输出执行配置设置指令，控制信号继电器I25、信号继电器II26、信号继电器III27。应变测量模块2的配置设置通过处理器4内部控制模块的参数设置配置处理模块，通过处理器4的SPI（串行外设接口，Serial Peripheral Interface，SPI）总线口对应变测量模块2进行输出设置。
具体的，本实施例中应变测量模块2还包括运放电路和偏移调整电路，其中本实施例中运放电路与偏移调整电路设置在数字控制运放电路29内，数字控制运放电路29通过数字总线30与处理器4和信号获取模块连接，其中信号获取模块与处理器4连接，图1和图2中显示，数字总线30与处理器4连接，即通过处理器4间接与信号获取模块连接，即信号获取模块的现场计算机9、远程计算机11或手机12上可设置参数转换设置指令即参数信号，参数转换设置指令具体为运放电路的放大参数和偏移调整电路的偏移调整参数；在移动终端上设置上述参数转换设置指令后，参数信号传输至设置在处理器4内的控制模块，具体的，通过处理器4内的参数设置配置处理模块根据参数信号控制运放电路的放大倍数和偏移调整电路的偏移程度。运放电路的放大倍数为35-1000倍。放大和偏移处理后的应变信号从应变测量模块2的模拟量信号输出通道31输出。
进一步的，本发明还包括转换模块；所述转换模块与所述桥接电路连接，用于将所述应变信号转换为数字信号。
进一步的，本发明的所述应变测量模块2还包括处理模块；所述处理模块与所述转换模块连接，用于对所述数字信号进行计算处理。
具体的，本实施例中，应变测量模块2输出应变信号后，还包括转换模块，具体的，本实施例中，转换模块为AD转换模块3，应变测量模块2输出的应变信号为模拟量信号，AD转换模块3用于将所述模拟量信号转换为数字信号。还包括处理模块，具体的，本实施例中处理模块设置在处理器4内，用于将所述数字信号利用应变公式等进行计算处理。
本实施例中，桥接电路包括1/4桥接，1/2桥接和全桥，本实施例中桥接电路的工作原理如下：当仅外接一个工作应变片21时，1/4桥接且无温度补偿片时，信号继电器I25、信号继电器II26、信号继电器III27的触点闭合，匹配电阻I22、匹配电阻II23、匹配电阻III24接入工作电路，与外部工作应变片21组成全桥电路。1/4桥接法有温度补偿片时，信号继电器II26、信号继电器III27的触点闭合，匹配电阻II23、匹配电阻III24接入电路，与外部工作应变片21和外部温度补偿片接入接线端B-C，组成全桥电路。
当包括两个应变片1作为工作片时，采用1/2桥接法；当1片工作片受拉，1片受压时，如图2所示的，受拉应变片为工作应变片21，受压应变片接入接线端B-C，信号继电器II26、信号继电器III27的触点闭合，内置桥接高精度组桥匹配电阻II23、匹配电阻III24接入电路，与外部受拉工作应变片21和外部受压应变片组成全桥电路。
1/2桥接法，当2片工作片同时受拉或受压时，如图2所示，其中1片应变片为工作应变片21，另一片工作片接入接线端C-D，信号继电器I25、信号继电器III27触点闭合，匹配电阻I22、匹配电阻III24接入电路，与外部工作应变片21和另外一片外部应变片组成全桥电路。
外部全桥接法时，信号继电器I25、信号继电器II26、信号继电器III27的触点全部开启，由接线端子20：AB、BC、CD、DA接入外部4个工作片，组成全桥电路。
进一步的，本发明所述应变测量模块2的数量为多个。可实现多个应变测量模块2的存储、监控及控制。
本发明工作过程包括：首先，技术人员根据测量目的及待测构件的应变片的数量判断桥接方式等，随后，技术人员将接线端子与应变片连接后，完成现场工作；工作人员于远程在作为移动终端的计算机或手机上设置桥接方式、放大参数、偏移调整参数，设置在处理器内的控制模块调节信号继电器的连接与否，快速完成桥接电路的配置，应变测量模块开始进行应变测量输出应变信号，数字控制运放电路根据放大参数及偏移调整参数放大、调整所述应变信号，放大、调整后的应变信号通过模拟量信号输出通道传输至AD转换模块，转换为数字信号，所述数字信号通过处理器完成计算处理，随后传输至计算机和/或手机上，进行存储及显示。
本发明通过信号获取模块接收控制信号，控制模块控制桥接电路的桥接路径，实现非人工接触式的桥接电路的连接路径调节。其可应用于例如高楼、山地、隧洞和水下等各种复杂环境和现场条件的远程控制，大大减少了人力成本和人为误差的可能性，实现远程控制、检测和数据采集的功能，降低了技术人员现场测量的安全风险；可用于对油气管网、山体隧洞等长时间监控。
以上实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明专利的范围约束。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应该以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种应变测量系统，其特征在于，包括应变测量模块、信号获取模块和控制模块；
所述应变测量模块包括桥接电路，所述桥接电路与待测构件上的应变片连接；
所述信号获取模块用于接收所述桥接电路的控制信号，所述控制信号根据测量目的和所述应变片的数量确定；
所述信号获取模块为移动终端；
所述信号获取模块与所述控制模块通过广域通信单元连接；
所述控制模块与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述控制信号调节所述桥接电路的桥接路径，使所述桥接电路采集所述应变片的应变信号。
2.根据权利要求1所述的应变测量系统，其特征在于，还包括显示模块；
所述显示模块与所述应变测量模块连接，用于显示所述应变信号。
3.根据权利要求1所述的应变测量系统，其特征在于，还包括存储模块；
所述存储模块与所述应变测量模块连接，用于存储所述应变信号。
4.根据权利要求1所述的应变测量系统，其特征在于，所述应变测量模块还包括运放电路；
所述信号获取模块还用于接收所述运放电路的放大参数；
所述运放电路与所述信号获取模块和所述桥接电路连接，用于根据所述放大参数放大所述应变信号。
5.根据权利要求4所述的应变测量系统，其特征在于，还包括偏移调整电路；
所述信号获取模块还用于接收所述偏移调整电路的偏移调整参数；
所述偏移调整电路与所述信号获取模块和所述运放电路连接，用于根据所述偏移调整参数调整所述运放电路放大后的所述应变信号。
6.根据权利要求1所述的应变测量系统，其特征在于，还包括转换模块；
所述转换模块与所述桥接电路连接，用于将所述应变信号转换为数字信号。
7.根据权利要求6所述的应变测量系统，其特征在于，还包括处理模块；
所述处理模块与所述转换模块连接，用于对所述数字信号进行计算处理。
8.根据权利要求1所述的应变测量系统，其特征在于，所述应变测量模块的数量为多个。
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