CN211205591U - 一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多点应力检测电路，包括信号采集模块和信号调理模块；所述信号采集模块包括恒流源、工作应变片、补偿应变片、精密电阻、多通道开关和恒压源；所述恒流源、工作应变片、补偿应变片和精密电阻并联连接；工作应变片、补偿应变片和精密电阻的电压分别通过多通道开关连接至信号采集模块的A+输出端；所述恒压源连接信号采集模块的A‑输出端；所述信号采集模块的输出端向信号调理模块输出电压信号，信号调理模块运算处理电压信号。本实用新型还公开了一种转辙机多点应力检测装置，能够准确测量多点应力，同时减少电路中应变片和精密电阻的使用数量，降低了器件成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电信号测量领域，具体涉及一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置。
背景技术
机械结构件所受外部应力可通过测量机械结构件的微变形进行检测。机械结构件的微变形通常通过电阻式应变传感器测量，其中应变片的外观形变会引起电阻值的变化。电阻式应变传感器电路原理如图1所示，应变片R1与精密电阻R2、R3、R4的电阻值相同，组成惠斯通电桥(简称电桥)，为电桥施加电桥电压E。非受力状态下电桥平衡，输出电压e0为0，将应变片R1贴装于被测结构件的受力面之上，当被测结构件受到外力作用时，表面会产生微形变，应变片R1的电阻也随之产生变化，使电桥失衡，输出电压e0也随之变化，应变计拾取该e0电压信号，经信号调理后计算R1的变化量ΔR1，单位Ω，再根据应力计算公式
得出被测结构件所受的外部受力σ(简称应力)，单位MPa，其中，E0表示纵弹性系数，单位GPa，K表示应变片的标称应变系数。
转辙机长期承受火车经过时的冲击力、钢轨热胀冷缩产生的各种静应力，通过转辙机的动作杆将所受外部应力传递给内部各结构件，在长期受力的情况下结构件会出现机械疲劳有导致断裂的风险，该现象引起的事故时有发生，对铁路正常运营带来严重的安全隐患，因此，需要对内部重要的结构件进行准确的外部应力在线检测。对于应力检测，环境温度的变化会导致电阻发生漂移(简称温漂)，转辙机长期在露天环境下工作，其使用环境温度要求为-40℃～70℃，且现场工况恶劣，环境温度的变化将会导致应变片电阻Rg、引线电阻RL发生漂移，导致输出电压e0出现较大的误差。
现有技术中常用两种方法减少测量误差，其一为采用几乎不随温度变化的精密电阻R组成电桥，消除引线电阻RL的温漂，其二为增设测量相同材料的非受力结构件的补偿应变片，消除应变片电阻Rg的温漂。为保证测量精度，电桥中的精密电阻属于高端精密器件，只能依赖进口，价格及其昂贵，对于每一受力点测量均需要多只精密电阻，而转辙机内部不同部位有多个待测受力点，意味着需要多组电桥才能完成测量，导致器件成本高，市场竞争力弱，无法推广应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置，能够准确测量多点应力，同时减少电路中应变片和精密电阻的使用数量，降低了器件成本。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种多点应力检测电路，包括信号采集模块和信号调理模块；
所述信号采集模块包括恒流源、工作应变片、补偿应变片、精密电阻、多通道开关和恒压源；所述恒流源、工作应变片、补偿应变片和精密电阻并联连接；工作应变片、补偿应变片和精密电阻的电压分别通过多通道开关连接至信号采集模块的A+输出端；所述恒压源连接信号采集模块的A-输出端；
所述信号采集模块的输出端向信号调理模块输出电压信号，信号调理模块运算处理电压信号。
进一步地，所述信号调理模块包括依次连接的差动放大电路、滤波电路、差分变换电路和AD采集电路。
进一步地，所述精密电阻的温度系数≤0.2ppm/℃。
进一步地，所述恒流源电流为10mA，所述恒压源电压为1.2V。
进一步地，所述工作应变片、补偿应变片和精密电阻阻值均为120Ω。
本实用新型还提出了一种转辙机多点应力检测装置，利用上述的多点应力检测电路，所述工作应变片设置在转辙机待测受力结构件上，所述补偿应变片设置在与待测受力结构件相同材料的非受力结构件上。
进一步地，所述工作应变片分别设置在转辙机的接点座、表示杆方孔套、动作杆方孔套和轴承座上。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型通过提出一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置，在实现相同功能、技术指标的条件下，减少了应变片的使用数量，降低了贴装工作量和难度，使精密电阻数量减少到1只，极大降低了器件成本，拥有较好的市场竞争力及应用前景。本实用新型电路结构简单，完全数字化校准、处理，方便远程维护，不存在电桥方案中的校准微调电位器等物理器件，电路集成度更高、体积更小，适合在空间受限的场景下使用。
附图说明
图1是电阻式应变传感器电路原理图；
图2是本实用新型多点应力检测电路信号采集模块示意图；
图3是本实用新型多点应力检测电路信号调理模块示意图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
本实用新型实施例公开了一种多点应力检测电路，包括信号采集模块和信号调理模块。
如图1所示，所述信号采集模块包括恒流源、工作应变片、补偿应变片、精密电阻、多通道开关和恒压源；所述恒流源、工作应变片、补偿应变片和精密电阻并联连接；工作应变片、补偿应变片和精密电阻的电压分别通过多通道开关连接至信号采集模块的A+输出端；所述恒压源连接信号采集模块的A-输出端。
具体地，所述恒流源电流为10mA，对应变片和精密电阻施加10mA恒定电流；所述工作应变片、补偿应变片和精密电阻阻值均为120Ω；所述精密电阻的温度系数≤0.2ppm/℃；所述恒压源输出电压为1.2V，作为测量的基准电压。本实施例中共包括并联的n个工作应变片Rg0～Rgn-1、1个补偿应变片Rgn和1个精密电阻R，补偿应变片的电压用于消除工作应变片与引线电阻的温漂，精密电阻的电压用于消除恒流源、恒压源、信号调理模块电路的温漂。多通道开关共有n+1组，对应n+1组应力测量通道，其中，K10、K20闭合时，其他通道的开关断开，工作应变片Rg0的电压输出至A+输出端，进行后续信号调理；完成后，依次闭合K12和K22、……K1n+1和K2n+1，完成全部应力测试。
如图2所示，所述信号采集模块的输出端向信号调理模块输出电压信号，信号调理模块运算处理电压信号，所述信号调理模块包括依次连接的差动放大电路201、滤波电路202、差分变换电路203和AD采集电路204。以12组受力点测量为例，应力测量通道共需14组，其中1-12通道连接工作应变片，测量结果为V0～V11，13通道连接补偿应变片，测量结果为V12，14通道连接精密电阻，测量结果为V13，令V0～V11分别减去(V12+V13)，得到最终计算出的准确结果Va0～Va11，单位为mV。
将准确的电压测量结果Va0～Va11在上位机软件中进行计算后得出各通道受力点应变片的电阻变化值“ΔR”，再根据应力计算公式
得出各受力点的应力“σ”，本实施例中以120Ω的应变片为例介绍了测量方法，该测量方案同样适用其它电阻值的应变片，具有通用性。
本实用新型实施例还公开了一种转辙机多点应力检测装置，利用上述的多点应力检测电路，所述工作应变片设置在转辙机待测受力结构件上，所述补偿应变片设置在与待测受力结构件相同材料的非受力结构件上。
具体地，所述工作应变片分别设置在转辙机的如下位置：接点座两组、表示杆方孔套两端各两组、动作杆方孔套两端各两组、轴承座两组。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种多点应力检测电路，其特征在于，包括信号采集模块和信号调理模块；
所述信号采集模块包括恒流源、工作应变片、补偿应变片、精密电阻、多通道开关和恒压源；所述恒流源、工作应变片、补偿应变片和精密电阻并联连接；工作应变片、补偿应变片和精密电阻的电压分别通过多通道开关连接至信号采集模块的A+输出端；所述恒压源连接信号采集模块的A-输出端；
所述信号采集模块的输出端向信号调理模块输出电压信号，信号调理模块运算处理电压信号。
2.根据权利要求1所述的多点应力检测电路，其特征在于，所述信号调理模块包括依次连接的差动放大电路、滤波电路、差分变换电路和AD采集电路。
3.根据权利要求1所述的多点应力检测电路，其特征在于，所述精密电阻的温度系数≤0.2ppm/℃。
4.根据权利要求1所述的多点应力检测电路，其特征在于，所述恒流源电流为10mA，所述恒压源电压为1.2V。
5.根据权利要求1所述的多点应力检测电路，其特征在于，所述工作应变片、补偿应变片和精密电阻阻值均为120Ω。
6.一种转辙机多点应力检测装置，利用权利要求1-5任意一项所述的多点应力检测电路，其特征在于，所述工作应变片设置在转辙机待测受力结构件上，所述补偿应变片设置在与待测受力结构件相同材料的非受力结构件上。
7.根据权利要求6所述的转辙机多点应力检测装置，其特征在于，所述工作应变片分别设置在转辙机的接点座、表示杆方孔套、动作杆方孔套和轴承座上。
Priority Applications (1)
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| CN202020203069.5U CN211205591U (zh) | 2020-02-24 | 2020-02-24 | 一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置 |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202020203069.5U Active CN211205591U (zh) | 2020-02-24 | 2020-02-24 | 一种多点应力检测电路及转辙机多点应力检测装置 |
Country Status (1)
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2020
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