CN203310524U - 一种便携式弦式读数仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种便携式弦式读数仪，属于测量仪器仪表技术领域。由机壳、核心电路板、液晶显示屏、按键键盘和电池组成，核心电路板又包含微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池充电电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路，核心电路板上带有电池充电接口、液晶显示接口、键盘接口、传感器接口，其中传感器接口采用5针航空插头。该便携式弦式读数仪体积小、成本低、功耗低、操作简单、使用方便、便于携带。具有传感器系数修改功能，可兼容不同厂家生产的振弦式传感器，提高了设备的通用性。

Description

一种便携式弦式读数仪

技术领域

本实用新型涉及一种便携式弦式读数仪，特别涉及一种可兼容各种振弦式传感器的便携式弦式读数仪，属于测量仪器仪表技术领域。

背景技术

很多结构体的健康监测工程中都安装了振弦式传感器，振弦式数据测量仪在结构体健康监测中得以广泛应用。

但目前的弦式数据采集装置具有以下不足：

体积、重量较大，便携性较差；

通常弦式数据采集装置将传感器系数在仪器中内置，用户无法修改，导致用户无法直接获取不同种类弦式传感器的数据测量值，需要手工记录后进行数据处理，操作不方便；

菜单操作繁琐，记忆性较差，人机交互性较差；

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺陷，提出了一种便携式弦式读数仪。通过本读数仪能够更方便、节能的获取振弦式传感器的测量值。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的。

本实用新型的一种便携式弦式读数仪，由机壳、核心电路板、液晶显示屏、按键键盘和电池组成；机壳将核心电路板与电池包覆于内部；机壳正面上半部分装有液晶显示屏，下半部分装有按键键盘；机壳顶部配有开关与传感器接口；机壳上还开有供电池充电的电池充电口；

所述核心电路板包含微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池充电电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路；核心电路板上带有电池充电接口、液晶显示接口、键盘接口、传感器接口；其中传感器接口采用5针航空插头；

传感器接口电路通过传感器接口(5针航空插头)与振弦式传感器相连，用于向传感器进行激频、进行拾频、提供激励电流信号和获取传感器输出的电压形式的温度信号；

激频电路将微处理器产生的幅值为+5V的一路脉冲信号进行功率放大，并将功率放大后的信号通过开关驱动器产生多路激励脉冲，再经由传感器接口电路向传感器提供400Hz至6000Hz的幅值为+5V的激励信号；

拾频电路通过传感器接口电路获取传感器输出的共振频率信号，经过高通滤波、低通滤波、信号放大和整形处理，并将处理后的信号送入微处理器；

恒流源激励电路通过传感器接口电路在微处理器的控制下向各传感器提供激励电流，通过改变恒流源激励电路中负载电阻的阻值调节激励电流的大小；

温度信号采集电路通过传感器接口电路获得传感器输出的表征传感器温度的电压信号，并对该电压信号进行放大和滤波处理，将处理后的电压信号送入微处理器的模拟量采集模块进行模数转换从而使微处理器得到各传感器的温度信号；

数据存储器电路为非易失性存储器，用于存储传感器参数及测量的频率值(模数)和温度值；

实时时钟电路提供实时时间，并通过微处理器在液晶显示屏上显示年月日时分秒等时间信息；

电池充电电路在电池电压下降需要充电时，支持在线供电，通过电池充电接口连接充电器为可充电电池充电；

微处理器及其外围电路通过激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路获取传感器的频率(模数)和温度，通过电池电量监测电路获取电池电量，通过实时时钟电路获取时间信息，通过数据存储电路存储/读取传感器系数和传感器的频率值(模数)、温度值，通过液晶屏和键盘显示电池电量、时间、传感器系数、测量的温度值、频率值(模数)等信息，查询历史时间及传感器测量数据，修改传感器系数、校准时间；

电源转换与稳压电路的输入为电池，电源转换与稳压电路的输出为微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路等提供电源；

电池电量监测电路用于检测电池电压值，并将检测结果送入微处理器，微处理器再通过必要的数据处理在液晶屏中显示电池电量。

本实用新型的一种便携式弦式读数仪，其工作过程为：

1)打开读数仪顶部的开关，选择数据显示模式，频率或模数；

2)微处理器启动激频电路、拾频电路，同时调整温度信号采集电路的采样频率，并启动微处理器的A/D采集；

3)读数仪的传感器输出的共振频率信号(钢弦的固有频率)，经由拾频电路放大、滤波和整形后，得到固定频率和幅值的脉冲信号，并将其送入微处理器；同时，传感器输出的电压形式的温度信号，经过放大和滤波处理后送入微处理器，微处理器通过内部集成的ADC模块进行A/D转换；

4)微处理器判断拾频完成后，同时A/D采集电路完成采样之后，读取共振频率值及温度信号A/D转换后的数据值；

5)微处理器将频率值和温度值进行滤波处理，并读取、识别传感器系数，通过液晶显示屏将测量数据显示出来；

6)如果读数仪工作在存储状态，微处理器将采集的数据存储在非易失性存储器中，液晶显示屏提示“正在存储”标识；

7)如果读数仪工作在查询状态，微处理器将读取存储器中的历史数据，通过液晶显示屏显示历史数据和历史时间，且提示“历史”标识，并可通过按键键盘的【▲】、

键逐条查询。

有益效果

1、本实用新型的一种便携式弦式读数仪，将个电路模块集成到核心电路板上，这大大缩小了读数仪的体积

2、本实用新型的一种便携式弦式读数仪，成本低、结构简单、操作方便，人机交互性好。

3、本实用新型的一种便携式弦式读数仪，可通过按键键盘修改传感器系数，存储65520组采集数据，逐条查询历史数据。

4、本实用新型的一种便携式弦式读数仪，能在长时间内用户无操作时，读数仪自动进入低功耗状态。

5、本实用新型的一种便携式弦式读数仪，可兼容不同厂家生产的振弦式传感器。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

其中，1-机壳、2-液晶显示屏、3-按键键盘、4-开关、5-传感器接口、6-电池充电口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

实施例

本实用新型的一种便携式弦式读数仪，由机壳1、核心电路板、液晶显示屏2、按键键盘3和电池组成；机壳1将核心电路板与电池包覆于内部；机壳1正面上半部分装有液晶显示屏2，下半部分装有按键键盘3；机壳1顶部配有开关4与传感器接口5；机壳1上还开有供电池充电的电池充电口6；

所述核心电路板包含微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池充电电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路；核心电路板上带有电池充电接口、液晶显示接口、键盘接口、传感器接口5；其中传感器接口5采用5针航空插头；

传感器接口电路通过传感器接口5(5针航空插头)与振弦式传感器相连，用于向传感器进行激频、进行拾频、提供激励电流信号和获取传感器输出的电压形式的温度信号；

激频电路将微处理器产生的幅值为+5V的一路脉冲信号进行功率放大，并将功率放大后的信号通过开关4驱动器产生多路激励脉冲，再经由传感器接口电路向传感器提供400Hz至6000Hz的幅值为+5V的激励信号；

拾频电路通过传感器接口电路获取传感器输出的共振频率信号，经过高通滤波、低通滤波、信号放大和整形处理，并将处理后的信号送入微处理器；

恒流源激励电路通过传感器接口电路在微处理器的控制下向各传感器提供激励电流，通过改变恒流源激励电路中负载电阻的阻值调节激励电流的大小；

温度信号采集电路通过传感器接口电路获得传感器输出的表征传感器温度的电压信号，并对该电压信号进行放大和滤波处理，将处理后的电压信号送入微处理器的模拟量采集模块进行模数转换从而使微处理器得到各传感器的温度信号；

数据存储器电路为非易失性存储器，用于存储传感器参数及测量的频率值(模数)和温度值；

实时时钟电路提供实时时间，并通过微处理器在液晶显示屏2上显示年月日时分秒等时间信息；

电池充电电路在电池电压下降需要充电时，支持在线供电，通过电池充电接口连接充电器为可充电电池充电；

微处理器及其外围电路通过激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路获取传感器的频率(模数)和温度，通过电池电量监测电路获取电池电量，通过实时时钟电路获取时间信息，通过数据存储电路存储/读取传感器系数和传感器的频率值(模数)、温度值，通过液晶屏和键盘显示电池电量、时间、传感器系数、测量的温度值、频率值(模数)等信息，查询历史时间及传感器测量数据，修改传感器系数、校准时间；

电源转换与稳压电路的输入为电池，电源转换与稳压电路的输出为微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路等提供电源；

电池电量监测电路用于检测电池电压值，并将检测结果送入微处理器，微处理器再通过必要的数据处理在液晶屏中显示电池电量。

便携式弦式读数仪配备了液晶显示屏2，用来显示电池电量、时间、传感器系数、测量的温度值、频率值(模数)等，并支持背光模式。

便携式弦式读数仪带有按键键盘3，按键键盘3包含【模式】、【系数】、【背光】、【时间】、【存储】、【查询】、【▲】(上)、

(下)、【确定】等按键，其中【模式】用来切换数据格式，可显示为频率值或模数，【背光】键切换背光模式，【存储】键开启/关闭存储模式，【系数】、【时间】、【查询】键结合【▲】、【确定】键分别用来修改传感器系数、校准时间、查询历史数据。

上述微处理器型号为dsPIC33FJ64GP206；

上述恒流源激励电路中恒流源型号为REF191；

上述液晶显示屏2型号为RT12864-16；

上述按键键盘3为3*3矩阵键盘；

上述弦式读数仪的工作过程为：

1)打开读数仪顶部的开关4，选择数据显示模式，频率或模数；

2)微处理器启动激频电路、拾频电路，同时调整温度信号采集电路的采样频率，并启动微处理器的A/D采集；

3)读数仪的传感器输出的共振频率信号(钢弦的固有频率)，经由拾频电路放大、滤波和整形后，得到固定频率和幅值的脉冲信号，并将其送入微处理器；同时，传感器输出的电压形式的温度信号，经过放大和滤波处理后送入微处理器，微处理器通过内部集成的ADC模块进行A/D转换；

4)微处理器判断拾频完成后，同时A/D采集电路完成采样之后，读取共振频率值及温度信号A/D转换后的数据值；

5)微处理器将频率值和温度值进行FIR滤波处理，并读取、识别传感器系数，通过液晶显示屏2将测量数据显示出来；

6)如果读数仪工作在存储状态，微处理器将采集的数据存储在非易失性存储器中，液晶显示屏2提示“正在存储”标识；

7)如果读数仪工作在查询状态，微处理器将读取存储器中的历史数据，通过液晶显示屏2显示历史数据和历史时间，且提示“历史”标识，并可通过按键键盘3的【▲】、

键逐条查询。

Claims (3)

1.一种便携式弦式读数仪，其特征在于：由机壳、核心电路板、液晶显示屏、按键键盘和电池组成；机壳将核心电路板与电池包覆于内部；机壳正面上半部分装有液晶显示屏，下半部分装有按键键盘；机壳顶部配有开关与传感器接口；机壳上还开有供电池充电的电池充电口；所述核心电路板包含微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池充电电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路；核心电路板上带有电池充电接口、液晶显示接口、键盘接口、传感器接口； 

传感器接口电路通过传感器接口与振弦式传感器相连，用于向传感器进行激频、进行拾频、提供激励电流信号和获取传感器输出的电压形式的温度信号； 

激频电路将微处理器产生的幅值为+5V的一路脉冲信号进行功率放大，并将功率放大后的信号通过开关驱动器产生多路激励脉冲，再经由传感器接口电路向传感器提供400Hz至6000Hz的幅值为+5V的激励信号； 

拾频电路通过传感器接口电路获取传感器输出的共振频率信号，经过高通滤波、低通滤波、信号放大和整形处理，并将处理后的信号送入微处理器； 

恒流源激励电路通过传感器接口电路在微处理器的控制下向各传感器提供激励电流，通过改变恒流源激励电路中负载电阻的阻值调节激励电流的大小； 

温度信号采集电路通过传感器接口电路获得传感器输出的表征传感器温度的电压信号，并对该电压信号进行放大和滤波处理，将处理后的电压信号送入微处理器的模拟量采集模块进行模数转换从而使微处理器得到各传感器的温度信号。 

2.如权利要求1所述的一种便携式弦式读数仪，其特征在于：所述传感器接口采用5针航空插头。 

3.如权利要求1所述的一种便携式弦式读数仪，其特征在于： 

数据存储器电路为非易失性存储器，用于存储传感器参数及测量的频 率值和温度值； 

微处理器及其外围电路通过激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路获取传感器的频率和温度，通过电池电量监测电路获取电池电量，通过实时时钟电路获取时间信息，通过数据存储电路存储/读取传感器系数和传感器的频率值、温度值，通过液晶屏和键盘显示电池电量、时间、传感器系数、测量的温度值、频率值信息，查询历史时间及传感器测量数据，修改传感器系数、校准时间； 

电源转换与稳压电路的输入为电池，电源转换与稳压电路的输出为微处理器及微处理器的外围电路、电源转换与稳压电路、电池电量监测电路、实时时钟电路、激频电路、拾频电路、恒流源激励电路、温度信号采集电路、数据存储电路、液晶显示接口电路、键盘接口电路、传感器接口电路提供电源。 

Images