CN207456493U - 一种智能振弦采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能振弦采集装置，应用于结构安全健康监测行业。它包括单片机、采集电路、存储电路、激励电路、通信模块和振弦传感器测试电路、电源诊断电路；单片机分别与采集电路、振弦传感器测试电路、存储电路和通信模块连接，所述通信模块与DTU连接；激励电路由高压模块组成，高压模块由单片机控制，单片机通过IO引脚控制高压模块发送。本实用新型解决了振弦采集装置对振弦传感器的诊断分析，振弦采集装置自身工作模块的自测试诊断，通过调试接口和存储模块，实现了交互式诊断查询，使得现场调试和分析更加便捷，提高了现场使用和分析问题的效率。

Description

一种智能振弦采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种智能振弦采集装置，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。振弦传感器已经广泛用于工程、科研的长期监测项目中。振弦采集仪主要是根据振弦传感器特性，激励振弦传感器并对振弦传感器的输出信号进行采集，目前已广泛在工程领域使用。

目前市场上的振弦采集仪主要实现的功能为振弦传感器采集，而在工程应用领域，振弦传感器在安装调试过程中，可能存在故障需要排查，而振弦采集仪只能采集频率值，无法定位到具体问题所在，只能依靠其他的专业工具分析。在后续的监测中，如果振弦采集仪或振弦传感器出现异常，一般只能寄回厂家维修，现场一般无法定位问题，导致维护成本增加。

发明内容

针对上述的问题，本实用新型专利目的在于提供了一种智能振弦采集装置，该振弦采集装置内置诊断电路和调试接口，通过交互式操作，可以实现振弦采集装置分析振弦传感器异常，自诊断振弦采集装置模块等功能，实现了现场问题定位，有利于现场故障排查，提高工作效率，降低了使用成本。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种智能振弦采集装置，它包括单片机、采集电路、存储电路、激励电路、通信模块和振弦传感器测试电路、电源诊断电路；

单片机分别与采集电路、振弦传感器测试电路、存储电路和通信模块连接，所述通信模块与DTU连接；

激励电路由高压模块组成，高压模块由单片机控制，单片机通过IO引脚控制高压模块发送。

进一步的，振弦传感器测试电路它包括继电器、测试电源、分压电阻和ＡＤＣ模块；

振弦传感器与继电器连接，继电器通过分压电阻与ＡＤＣ模块连接，ＡＤＣ模块通过分压电阻与测试电源连接。

进一步的，电源诊断电路它包括高压激励电源、模拟输出电源和振弦采集装置输入电源，所述高压激励电源、模拟输出电源和振弦采集装置输入电源通过电阻分压的方式接入单片机。

进一步的，所述采集电路由滤波电路和放大电路组成。

进一步的，单片机为STM32单片机。

进一步的，通信模块与单片机通过串口控制器连接。

进一步的，单片机与存储电路通过IO口引脚连接。

进一步的，调试接口直接与单片机连接。

其中，单片机系统是使用STM32单片机，STM32单片机体积小，功耗低，工作在低功耗的情况下，工作电流只有50uA左右，单片机内置资源多，方便单片机系统对各部分逻辑电路的控制。激励电路由STM32单片机控制，可以在采集振弦传感器前对传感器线圈激励。采集电路在激励电路对振弦传感器激励后工作，当振弦传感器的振弦振荡时，会在线圈产生感应电动势，采集电路对该信号采集计算，可以得到振弦传感器的频率值，完成振弦传感器的采集，在通过通信电路将数据发送至安心云。振弦采集装置内置诊断电路，诊断电路包括振弦传感器测试电路，电源诊断电路、ADC模块测试电路，各个诊断电路全部由STM32单片机控制。振弦采集装置有两个通信接口，其中一个为采集通信接口，由RS485接口和DTU组成，可以将振弦传感器的数据发送至安心于，另外一个通信接口为调试接口，调试接口主要实现振弦采集模块诊断分析功能。STM32单片机内部为多串口结构，最多支持5个通信接口，极大的丰富了通信接口设计。

调试接口采用全双工模式的RS232，可以快速实现设备诊断。存储电路为32Mbits的Flash模块组成，在振弦传感器采集时，可以将每次采集的信息全部存储，这些信息包括上述诊断电路信息，振弦传感器信号频谱信息，采集配置等，通过这些信息，当工作过程中出现了异常时，现场直接通过调试接口读取，便可以准确分析出现问题的原因。存储电路采用循环存储的方式，最多可以存储5万条记录信息，根据采集粒度的不同，可以存储几个月的历史记录，这样可以保证出现故障时的原因得到分析，不会丢失。振弦传感器测试电路可以通过STM32单片机连接到振弦传感器，可以判断出振弦传感器是否短路、断路，计算振弦传感器线圈阻值，通过分析，可以判断出振弦传感器的跟踪状态。电源诊断电路诊断振弦采集装置的各个模块工作电压，其中包括模拟电路电压，振弦采集装置供电电压，和激励模块电压，电源诊断电路直接与STM32单片机连接，通过STM32单片机内置的ADC采集模块采集电压值，通过这些电压的诊断，可以判断出振弦采集装置电源工作是否正常。

本实用新型的有益效果

本实用新型解决了振弦采集装置对振弦传感器的诊断分析，振弦采集装置自身工作模块的自测试诊断，通过调试接口和存储模块，实现了交互式诊断查询，使得现场调试和分析更加便捷，提高了现场使用和分析问题的效率。

附图说明

图1为本实用新型的内部电气连接示意图；

图2为本实用新型的振弦传感器测试电路示意图；

图3为本实用新型的电源诊断电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

一种智能振弦采集装置，它包括单片机3、采集电路1、存储电路4、激励电路、通信模块5和振弦传感器测试电路2、电源诊断电路；

单片机3分别与采集电路1、振弦传感器测试电路2、存储电路4和通信模块5连接，所述通信模块5与DTU6连接；

激励电路由高压模块组成，高压模块由单片机控制3，单片机3通过IO引脚控制高压模块发送。

振弦传感器测试电路2它包括继电器8、测试电源10、分压电阻9和ＡＤＣ模块11；

振弦传感器7与继电器8连接，继电器8通过分压电阻9与ＡＤＣ模块11连接，ＡＤＣ模块11通过分压电阻9与测试电源10连接。

电源诊断电路它包括高压激励电源12、模拟输出电源13和振弦采集装置输入电源14，所述高压激励电源12、模拟输出电源13和振弦采集装置输入电源14通过电阻分压15的方式接入单片机3。

所述采集电路1由滤波电路和放大电路组成。

单片机3为STM32单片机。

通信模块与单片机3通过串口控制器连接。

单片机3与存储电路4通过IO口引脚连接。

调试接口直接与单片机3连接。

激励电路由高压模块组成，高压模块由STM32单片机控制，可以输出30V高压，STM32单片机通过IO引脚控制高压模块发送，当要采集时，单片机控制高压输出，激励振弦传感器。激励完成后，STM32单片机可以选择采集电路1接入振弦传感器7。

采集电路1由滤波电路和放大电路组成，传感器采集时，振弦传感器7信号非常微弱，经过滤波电路和放大电路后，首先将现场部分干扰信号滤除，然后将振弦传感器感应信号放大，使采集的信号满足独立ADC模块的输入要求。

STM32单片机对输入的数字信号处理，单片机内置TTF算法，将采集电路1输入的时域信号转换为频域。FFT计算完成后，得出振弦传感器的频率值与信号幅值。

通信模块与STM32单片机通过串口控制器连接，振弦采集仪采集完成之后，将采集数据发送至通信模块5，通信模块采用工业现场总线RS485，RS485总线连接DTU6设备，通过DTU6将数据发送至云平台存储展示。

存储电路4采用32M存储芯片组成，STM32单片机3内置小型文件系统，用于管理存储数据。STM32单片机3与存储电路4通过IO口引脚连接。当数据采集时，STM32单片机3首先控制振弦传感器测试电路工作，判断振弦传感器7的工作状态，振弦采集装置的电源工作情况和独立ADC的状态，如果正常，才会进行采集工作。采集完成后，STM32单片机使用ＦＦＴ算法对传感器信息分析，得到频谱信息，最终，这些诊断信息与频谱信息全部存储在存储电路中，以便后续通过调试接口查询。

振弦传感器测试电路由继电器8、测试电源10，分压电阻9和ＡＤＣ模块11组成。采集振弦传感器7时，STM32单片机控制继电器8接入振弦传感器7，同时STM32单片机控制测试电源10测试，STM32单片机读取电压值，根据电压值的不同，则可以判断振弦传感器7的状态。电源诊断电路直接与各个部分的电源输出端连接，其中包括高压激励电源12，模拟输出电源13和振弦采集装置输入电源14，通过电阻分压15的方式接入STM32单片机，可以测试得到激励电路高压数据，模拟电路电压值，外部电源输入的电压值。独立ＡＤＣ连接一个电压基准源，该电压基准源直接与外部电源连接，当外部电源接通时，电压基准源工作，输出一个固定高精度电压，独立ＡＤＣ通道读取电压值，与基准源输出电压对比，可以知道独立ＡＤＣ模块的工作情况。

调试接口直接与ＳＴＭ３２单片机连接，通过调试接口，调试工具可以读取振弦采集装置内部存储电路4存储历史信息。当现场采集数据异常时，可以通过读取存储电路中的诊断电路信息和传感器采集频谱信息，得到采集异常的原因，现场分析后，即可判断问题。而且通过调试接口，可以对振弦采集装置进行立即诊断工作，立即采集传感器数据，分析频谱，该方法有利于现场调试，通过振弦采集装置的诊断和频谱分析，有利于调试现场问题，提高工作效率。

Claims (8)

1.一种智能振弦采集装置，其特征在于：它包括单片机（3）、采集电路（1）、存储电路（4）、激励电路、通信模块（5）和振弦传感器测试电路（2）、电源诊断电路；

单片机（3）分别与采集电路（1）、振弦传感器测试电路（2）、存储电路（4）和通信模块（5）连接，所述通信模块（5）与DTU（6）连接；

激励电路由高压模块组成，高压模块由单片机（3）控制，单片机（3）通过IO引脚控制高压模块发送。

2.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：振弦传感器测试电路（2）它包括继电器（8）、测试电源（10）、分压电阻（9）和ＡＤＣ模块（11）；

振弦传感器（7）与继电器（8）连接，继电器（8）通过分压电阻（9）与ＡＤＣ模块（11）连接，ＡＤＣ模块（11）通过分压电阻（9）与测试电源（10）连接。

3.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：电源诊断电路它包括高压激励电源（12）、模拟输出电源（13）和振弦采集装置输入电源（14），所述高压激励电源（12）、模拟输出电源（13）和振弦采集装置输入电源（14）通过电阻分压（15）的方式接入单片机（3）。

4.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：所述采集电路（1）由滤波电路和放大电路组成。

5.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：单片机（3）为STM32单片机。

6.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：通信模块与单片机（3）通过串口控制器连接。

7.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：单片机（3）与存储电路（4）通过IO口引脚连接。

8.根据权利要求1所述的智能振弦采集装置，其特征在于：调试接口直接与单片机（3）连接。