CN216411894U - 故障自诊断自恢复振弦监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种故障自诊断自恢复振弦监测系统，包括多个振弦传感器和监测终端，所有振弦传感器连接监测终端不同的输入输出接口，所有输入输出接口分别经结构一致的激励电路连接多路选择器的不同输出端，多路选择器的输入端与MCU控制模块的激励信号输出端连接。并经诊断模式切换模块与数据选择器的输入端连接。数据选择器的每个通道均通过结构一致的振弦信号采集模块连接MCU控制模块。当检测数据出现异常时，MCU控制模块停止输出激励信号，并通过诊断模式切换模块将终端切换成诊断模式，从而确定故障原因，并根据故障原因指定多路选择器和数据选择器切换信号传输通道，使监测终端具有冗余的信号采集通道，以便在出现故障时使监测终端能够继续工作。

Description

故障自诊断自恢复振弦监测系统

技术领域

本实用新型涉及数字处理装置或系统技术领域，具体涉及一种故障自诊断自恢复振弦监测系统。

背景技术

振弦传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。目前，振弦式的应变计、裂缝计、索力计等振弦传感器，在结构安全健康监测中应用广泛。

但在实际应用中，采集仪的信号采集通道由于直接与外部传感器相连，信号调理电路复杂，电子元器件多，容易受环境影响、过压损坏、个体产品不良等原因导致采集仪的采集电路故障或者传感器故障，使得整个采集仪无法继续使用。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种故障自诊断自恢复振弦监测终端及其监测系统，可以在传感器或采集电路出现故障时，切换为备用传感器或者备用的采集电路，使采集仪能够继续使用。

第一方面，提供了一种故障自诊断自恢复振弦监测终端，包括：

数据选择器，输入端经诊断模式切换模块连接有多个输入输出接口，且所有输出端分别经不同的振弦信号采集模块连接MCU控制模块；

多路选择器，输入端连接所述MCU控制模块的激励信号输出端，且所有输出端分别经结构一致的激励电路连接不同的输入输出接口；

当检测数据出现异常时，所述MCU控制模块通过诊断模式切换模块切换为诊断模式，并根据诊断结果指定数据选择器、多路选择器切换传输通道。

结合第一方面，在第一方面的第一种可实现方式中，所述诊断模式切换模块包括参考激励信号源，该参考激励信号源和输入输出接口经振弦切换开关连接所述数据选择器。

结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述振弦切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接所述MCU控制模块，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号源和输入输出接口分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接所述数据选择器的输入端。

结合第一方面，在第一方面的第三种可实现方式中，还包括多个温度信号采集模块，所有温度采集模块分别与数据选择器的不同输出端连接。

结合第一方面的第三种可实现方式，在第一方面的第四种可实现方式中，还包括接口切换模块，所有所述的输入输出接口分别经接口切换模块的不同输入端连接所述诊断模式切换模块。

结合第一方面的第四种可实现方式，在第一方面的第五种可实现方式中，所述诊断模式切换模块包括温度参考电阻，该温度参考电阻和接口切换模块的输出端经温度切换开关连接所述数据选择器。

结合第一方面的第五种可实现方式，在第一方面的第六种可实现方式中，所述温度切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接MCU控制模块，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和接口切换模块输出端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接接口切换模块的输入端。

第二方面，提供了一种故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，包括多个振弦传感器，以及上述的监测终端，所有振弦传感器的信号输入输出端分别与不同输入输出接口连接，激励输入端分别连接不同的输入输出接口。

有益效果：采用本实用新型的故障自诊断自恢复振弦监测系统，当采集仪的检测数据出现异常时，可以通过设置的诊断模式切换模块将终端切换为诊断模式，并可以根据诊断结果指定数据选择器、多路选择器切换传输通道，以将传感器或采集电路切换为备用传感器或者备用的采集电路，使监测终端能够继续使用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一实施例提供的故障自诊断自恢复振弦监测终端的系统原理框图；

图2为本实用新型一实施例提供的故障自诊断自恢复振弦监测终端的系统原理框图；

图3为温度信号传输通道和振弦信号传输通道的示意图；

图4为激励电路的电路连接示意图；

图5为诊断模式切换模块的电路连接示意图；

图6为振弦信号采集模块的电路连接示意图；

图7为温度信号采集模块的电路连接示意图；

图8为本实用新型提供的监测系统的系统框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

实施例一

如图1所示的故障自诊断自恢复振弦监测终端的系统原理框图，该监测终端包括：

数据选择器，输入端经诊断模式切换模块连接有多个输入输出接口，且所有输出端分别经不同的振弦信号采集模块连接MCU控制模块；

多路选择器，输入端连接所述MCU控制模块的激励信号输出端，且所有输出端经结构一致的激励电路分别连接不同的输入输出接口；

当检测数据出现异常时，所述MCU控制模块通过诊断模式切换模块切换为诊断模式，并根据诊断结果指定数据选择器、多路选择器切换传输通道。

具体而言，为实现监测系统的故障自诊断和自恢复，可以在监测点布置多个振弦传感器，所有振弦传感器的信号输入输出端可以与监测终端的不同的输入输出接口一一对应连接。

监测终端的所有输入输出接口可以分别经结构一致的激励电路连接多路选择器的不同输出端，多路选择器的输入端与MCU控制模块的激励信号输出端连接。所有输入输出接口还可以经诊断模式切换模块与数据选择器的输入端连接。数据选择器包括2个以上的通道，每个通道均通过结构一致的振弦信号采集模块连接MCU控制模块的ADC端口。所有振弦信号采集模块可以连接MCU控制模块的同一ADC端口，也可以分别连接不同的ADC端口。在本实施例中，激励电路和振弦信号采集模块分别采用如图4、图6所示的电路。

数据选择器、多路选择器的地址输入端可以与MCU控制模块信号连接，通过MCU控制模块可以指定多路选择器和数据选择器的传输通道，以指定相应的输入输出接口输出激励信号和获取振弦传感器在脉冲激励信号激励后产生的感应信号。正常情况下，MCU控制模块通过主采集模块采集主传感器被脉冲激励信号激励后产生的感应信号，得到振弦传感器的检测数据。当检测数据出现异常时，MCU控制模块可以停止输出激励信号，并通过诊断模式切换模块切换成诊断模式，以确定是主传感器出现故障，还是监测终端的主采集模块出现故障。

如果是主传感器本身出现故障，MCU控制模块可以指定备用的振弦传感器，并将相应的地址编码发送给多路选择器，多路选择器可以根据接收到的地址编码切换为相应的输出端，将主传感器切换成备用的振弦传感器。

同理，如果是主采集模块出现故障，MCU控制模块可以指定备用的振弦信号采集模块，并将相应的地址编码发送给数据选择器，数据选择器可以根据接收到的地址编码切换为相应的输出端，将主采集模块切换成备用的振弦信号采集模块，从而使监测终端具有冗余的信号采集通道，以便在出现故障时使监测终端能够继续工作。

应理解，在本申请的实施例仅以通过数据选择器、多路选择器实现振弦信号采集模块、振弦传感器的切换为例，但本发明并不仅限于此。

在本实施例中，可选的，如图5所示，所述诊断模式切换模块包括参考激励信号源，该参考激励信号源和多个输入输出接口经振弦切换开关连接所述数据选择器的输入端。

具体而言，参考激励信号源可以产生已知的标准激励信号，并通过振弦切换开关的第一通道连接数据选择器的输入端，数据选择器的输入端可以通过振弦切换开关的第二通道连接每个输入输出接口，正常情况下，振弦切换开关保持第二通道导通，第一通道断开的状态。如此，MCU控制模块可以通过振弦信号采集模块采集振弦传感器输出的振弦信号，得到振弦传感器的检测数据。

当检测数据出现异常时，可以将振弦切换开关切换为第二通道断开，第一通道导通的状态，如此，MCU控制模块可以通过振弦信号采集模块采集参考激励信号源输出的标准激励信号，得到标准激励信号的检测数据，并将检测数据与预存的标准数据进行比较，如果检测数据与标准数据不一致，则表明监测终端目前所使用的振弦信号采集模块出现故障，反之，则是目前所使用的振弦传感器出现故障。

应理解，在本实施例中，参考激励信号源可以是由MCU输出、经过功率放大电路的的PWM信号(占空比50％)。正常的振弦激励信号是频率范围为400Hz～1200Hz，间隔特定频率、电压幅值恒定的频率扫描电压信号。而参考激励信号源是频率恒定、电压幅值恒定的电压信号。

在本实施例中，可选的，所述振弦切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接所述MCU控制模块，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号源和输入输出接口分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接所述数据选择器的输入端。

具体而言，振弦切换开关可以包括振弦开关三极管和振弦继电器，其中振弦开关三极管可以作为振弦继电器的控制开关，其基极可以连接MCU控制模块的切换信号输出端，集电极可以接地，发射极可以经振弦继电器的线圈连接电源。数据选择器的输入端分别通过振弦继电器的常闭开关和常开开关连接输入输出接口和参考激励信号源。

正常情况下，输入输出接口与数据选择器的输入端导通，MCU控制模块可以通过目前所使用的振弦信号采集模块采集振弦传感器的感应信号，得到振弦传感器的检测数据。MCU控制模块可以通过检测数据的波动判断检测数据是否异常，如果检测数据波动过大，或者直接为0，则可以确定检测数据出现异常，MCU控制模块的切换信号输出端会输出高电平，使振弦开关三极管导通，电流通过振弦继电器的线圈，使振弦继电器的常闭开关断开，常开开关闭合，数据选择器的输入端与参考激励信号源导通，MCU控制模块可以通过目前所使用的振弦信号采集模块采集参考激励信号源输出的参考激励信号，得到标准激励信号的检测数据。

实施例二

实施例二与实施例一大致相同，如图2所示，其主要区别在于：在本实施例中，可选的，还包括多个温度信号采集模块，所有温度采集模块分别与数据选择器的不同输出端连接。温度信号采集模块的具体电路连接如图7所示。

具体而言，因为现有的振弦传感器大多数带有热敏电阻，通过热敏电阻可以测量传感器周围的环境温度，以便对振弦传感器采集到的振弦信号进行温度修正。因此，还可以设置多个温度信号采集模块，所有温度信号采集模块和振弦信号采集模块可以分别与数据选择器的不同输出端连接，以分别采集输入的温度信号和振弦信号，再通过温度信号可以对振弦信号的检测数据进行修正，提高监测精度。

在本实施例中，可选的，如图3所示，还包括接口切换模块，所有所述的输入输出接口分别经接口切换模块的不同输入端连接所述诊断模式切换模块。

具体而言，所述输入输出接口包括2个输入输出端，其中一个输入输出端用于输出激励信号和获取振弦信号，另一个用于获取温度信号。接口切换模块和数据选择器可以均由2个多路调制器组成，一个多路调制器用于传输振弦信号，另一个用于传输温度信号。

接口切换模块的2个多路调制器经诊断模式切换模块与数据选择器的2个多路调制器分别组成多条温度信号采集通道和多条振弦信号采集通道。所有输入输出接口中用于获取温度信号的输入输出端经不同的温度信号采集通道连接不同的温度信号采集模块，所有输入输出接口中用于获取振弦信号的输入输出端经不同的振弦信号采集通道连接不同的振弦信号采集模块。并且所有的多路调制器的地址端可以与MCU控制模块信号连接。如此，通过MCU控制模块可以指定温度信号采集通道和振弦信号采集通道。

在本实施例中，可选的，所述诊断模式切换模块还包括温度参考电阻，该温度参考电阻和接口切换模块的输出端经温度切换开关连接所述数据选择器的输入端。

具体来说，因为温度数据异常也会导致检测数据异常，所以，为了诊断温度数据方面的故障，诊断模式切换模块中还可以设置温度参考电阻，温度参考电阻是已知电阻值的标准电阻。温度切换开关包括2个可切换的开关通道，2和开关的一端均连接数据选择器的输入端，另一端分别连接温度参考电阻和用于传输温度信号的多路调制器的输出端。

在检测数据出现异常时，MCU控制模块可以指定数据选择器中连接温度参考电阻和参考激励信号源的传输通道导通。以通过温度信号采集模块测量温度参考电阻的电阻值，通过振弦采集单元测量参考激励信号的电压数据，MCU控制模块可以将测量数据与预存的电阻值数据和电压数据进行比较，判定是振弦传感器出现故障，还是振弦信号采集模块出现故障。

在本实施例中，可选的，如图5所示，所述温度切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接MCU控制模块，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和接口切换模块输出端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接的输入端。温度切换开关和上述振弦切换开关的控制原理相同，此处不再赘述。

如果是振弦传感器出现故障，MCU控制模块就可以通过重新指定接口切换模块和多路选择器的传输通道，将传感器切换为备用的振弦传感器，如此，监测终端就可以继续使用。反之如果是振弦信号采集模块出现故障，可以重新指定数据选择器的传输通道，将采集模块切换为备用的振弦信号采集模块，监测终端就可以继续进行监测。

如图8所示的故障自诊断自恢复振弦监测系统的系统框图，该监测系统包括多个振弦传感器，以及上述的监测终端，所有振弦传感器的信号输入输出端分别与不同输入输出接口连接，激励输入端分别连接不同的输入输出接口。

在检测数据出现异常时，可以将数据选择器的导通通道切换为温度参考电阻和参考激励信号源之间的通道，如此，MCU控制模块就可以通过温度信号采集模块测量温度参考电阻的电阻值，通过振弦采集单元测量参考激励信号的电压数据，并将测量数据与预存的电阻值数据和电压数据进行比较，判定是振弦传感器出现故障，还是振弦信号采集模块出现故障。

如果是振弦传感器出现故障，MCU控制模块就可以通过重新指定接口切换模块和多路选择器的传输通道，将传感器切换为备用的振弦传感器，如此，监测终端就可以继续使用。反之如果是振弦信号采集模块出现故障，可以重新指定数据选择器的传输通道，将采集模块切换为备用的振弦信号采集模块，监测终端就可以继续进行监测。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，包括：

数据选择器，输入端经诊断模式切换模块连接有多个输入输出接口，且所有输出端分别经不同的振弦信号采集模块连接MCU控制模块；

多路选择器，输入端连接所述MCU控制模块的激励信号输出端，且所有输出端分别经结构一致的激励电路连接不同的输入输出接口；

当检测数据出现异常时，所述MCU控制模块通过诊断模式切换模块切换为诊断模式，并根据诊断结果指定数据选择器、多路选择器切换传输通道。

2.根据权利要求1所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，所述诊断模式切换模块包括参考激励信号源，该参考激励信号源和多个输入输出接口经振弦切换开关连接所述数据选择器的输入端。

3.根据权利要求2所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，所述振弦切换开关包括振弦开关三极管和振弦继电器，该振弦开关三极管的基极连接所述MCU控制模块，集电极接地，发射极连接振弦继电器线圈，所述参考激励信号源和多个输入输出接口分别经振弦继电器的常开开关和常闭开关连接所述数据选择器。

4.根据权利要求1所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于：还包括多个温度信号采集模块，所有温度采集模块分别与数据选择器的不同输出端连接。

5.根据权利要求4所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，还包括接口切换模块，所有所述的输入输出接口分别经接口切换模块的不同输入端连接所述诊断模式切换模块。

6.根据权利要求5所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，所述诊断模式切换模块包括温度参考电阻，该温度参考电阻和接口切换模块的输出端经温度切换开关连接所述数据选择器。

7.根据权利要求6所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，所述温度切换开关包括温度开关三极管和温度继电器，该温度开关三极管的基极连接MCU控制模块，集电极接地，发射极连接温度继电器线圈，所述温度参考电阻和接口切换模块输出端分别经温度继电器的常开开关和常闭开关连接接口切换模块的输入端。

8.一种故障自诊断自恢复振弦监测系统，其特征在于，包括多个振弦传感器，以及如权利要求1-7任一所述的故障自诊断自恢复振弦监测系统，所有振弦传感器的信号输入输出端分别与不同输入输出接口连接。

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