CN2182389Y

CN2182389Y - 新型超动态应变仪

Info

Publication number: CN2182389Y
Application number: CN 94201582
Authority: CN
Inventors: 熊长汉
Original assignee: Institute Of Blasting And Vibration Changjiang Academy Of Sciences Changjiang Water Conservancy Commission
Current assignee: Institute Of Blasting And Vibration Changjiang Academy Of Sciences Changjiang Water Conservancy Commission
Priority date: 1994-01-20
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1994-11-09
Anticipated expiration: 2004-01-20

Abstract

本实用新型公开了一种爆破近区测量高频应变的超动态应变仪器。其特点是具有一个不用隔直电容且输出无直流电位差的电位计式输入电路，并接有平衡电源和标定电路；一个两级放大的超低噪声宽频带0～300kHz直流放大电路，并接有调零指示及可选通的50Hz陷波电路和低通滤波电路；还具有一个四路直流稳压电源电路。该仪器由各自独立的单机组合成七通道整机，主要用于工程爆破、爆炸的冲击应变测量，并可消除50Hz及其高频信号的干扰，测得所需应变。

Description

本实用新型涉及一种宽频带应变仪，尤其是适用于在爆破或爆破近区测量高频应变的仪器。

目前市场上常见的动态应变仪有Y6D－3型和YD15型，均采用调频式，其载波频率10KHZ、工作频率1.5～2.KHZ，远不能满足数十KHZ的高频应变测量要求。国内科研单位研制的少量同类产品，因用途和要求不同、性能指标各异，最高频率只有250KHZ，且无抗干扰电路或措施不完善。如成都科学仪器厂小批量生产的产品，频带0～30KHZ，遇现场干扰便束手无策。有的采用电位计式输入电路，但不能取消隔直电容，使下限频率做不到零。国内较好的仪器，如江苏靖江东华厂产品和东北勘测设计院科研所研制的产品，前者频带可达0～200KHZ，但低通滤波器上限频率仅30KHZ，平衡范围太小，大于±2Ω已不能平衡，且桥头设在电缆始端，虽解决了线电阻影响，可忽略修正，但桥头暴露在爆区易引入干扰，回收率极低，操作不便，价格也较高；后者频带可达0～250KHZ，仪器也较稳定，但无一抗干扰电路，尤其分前置和后置两部分，因前置距爆区20～30m，所以，弊多于利。

据了解，目前国内同类产品尚无在机内设置可随时选通的抗50HZ干扰陷波器，而恰巧在施工现场测试，50HZ干扰累见不鲜，无疑将影响测试精度以至测试失败。

本实用新型的目的是提供一种具有300～400KHZ的高频特性，下限频率为零，±（10～80000）με的大量程范围，抗干扰功能较完备的，传输电缆简单轻便的超动态应变仪。

为达到此目的，在上述应变仪中设计了一个不用隔直电容且输出无直流电位差的电位计式输入电路，该输入电路接有一高精度平衡电源3，还通过按钮AN与标定电路2连接；当上述输入电路的应变计R_P产生并通过该输入电路输出一微弱的应变量信号，则经过由前置放大电路4、隔离缓冲级5、增益调节电路6、主放大电路7和输出电路8构成的超低噪声宽频带0～300KHZ直流放大电路放大，并将放大信号送至输出端OVT输出，还在输出级8末端接一调零指示器9；若上述直流放大电路工作时，遇有50HZ及其它高频干扰信号，则可选通设在机内的一个抗50HZ干扰信号的陷波电路10和一个滤除高频干扰信号的三阶有源低通滤波电路11就可将干扰信号减小或消除；还有一个四路直流稳压电源电路。

本实用新型的优点如下：1.由于采用了电位计式输入电路和增设了高精度平衡电源，取消了隔直电容，突破了用隔直电容的传统方法，实现了直流放大，并具有较高的灵敏度；2.频带宽0～300KHZ，中等增益0～400KHZ，阶跃上升时间达1.2μs；3.抗干扰措施完善，如具有50HZ陷波电路，低通滤波电路，变压器的二次屏蔽，电路为浮地；4.平衡范围大，在设计阻值120Ω的±20％可平衡；5.量程范围大，10～80000με；6.传输电缆简单轻便，各通道可完全独立工作，无相互影响，且携带方便。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详述。

图1是本实用新型的电路框图。

图2是输入电路及前置放大电路原理图。

图3是主放大电路原理图。

图4是50HZ陷波电路原理图。

图5是三阶有源低通滤波电路原理图。

图6是四路直流稳压电路原理图。

在图1中，输入电路接有高精度平衡电源和标定电路；前置放大电路、隔离缓冲级、增益调节电路、主放大电路、输出电路构成两级直流放大电路，并在输出电路末端接有调零指示电路；50HZ陷波电路和低通滤波电路分别通过开关接入直流放大电路；四路直流稳压电源电路提供＋15V、－15V、＋12V、－6V。

由图2可知，上臂电路1由电阻RC、R₃、电位器W₁及电容C₁组成。应变计R_P是通过若干米单芯同轴屏蔽电缆PK－19接至A、B两点，在B点接有由负稳压集成器LM337及电阻R₆₀、R₆₁，电容C₄₅、C₄₆、C₄₇构成的高精度平衡电源3，平衡电源3的输入端接负6V稳压电路15；在A点接有上臂电路1至＋12V，只要调节电位器W₁使A点电位为零，便可使输入电路平衡。标定电路2是通过按钮AN与输入电路A点连接，它主要用来完成应变值的定量。标定电路2的标定电阻R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁是由理论计算和拟比较得出，其误差小于2％。

当应变计R_P受力后，便产生一电阻微变量，电路失去平衡，同时输出一微弱电压信号至A、B两点。因电容C₂、C₃、C₇的容抗与平衡电源3输出阻抗并联，故B点可视为虚地，对地电阻接近为零，所以微弱信号至A点到地加到前置放大电路4的输入端。前置放大电路4由集成运算放大器OP－37及外围元件电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆，电位器W₂和电容C₄、C₅、C₆、C₇构成，经前置放大后的信号在m点输出至隔离缓冲级5。在图3中，隔离缓冲级5由集成运算放大器LF356，电阻R₁₈、R₁₉、R₂₀，电容C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂构成，隔离缓冲级5将来自m点的信号经阻抗变换后送至增益调节电路6，增益调节电阻R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇实际上是由集成运算放大器OP－37，电阻R₂₉、R₃₀、R₃₁、R₃₂、R₃₃，电位器W₄及电容C₁₃、C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇构成的主放大器7的增益比例电阻，可根据信号的强弱，控制主放大器7的增益。这种调节信号的方法，在于勿需高增益时，减小增益可降低本级的白噪声。信号经调节再次放大后，通过开关K₃、电阻R₃₄、开关K₄送至由集成运算放大器LF－356，电阻R₃₆、R₃₇，电位器W₅，电容C₁₈、C₁₉、C₂₀、C₂₁、C₂₂构成的输出级8，其信号经开关K₅、K₆到输出端OVT，并由三次仪表记录，通过内标定得出高频应变值。

在输出级8的开关K₅之前接有调零指示电路9，主要指示输入电路是否平衡，亦可作为监示各级集成电路的静态输出直流电位是否为零。该指示电路由切换开关S₇控制，分为粗调、细调和空档。

在图4中，由集成运算放大器LF412，电阻R₅₄、R₅₅、R₅₆、R₅₇、R₅₈、R₅₉，多圈电位器W₆及电容C₃₅、C₃₆构成50HZ陷波电路10，其输入经b点接至开关K₃，输出经电阻R₃₅及a点接至开关K₄。在仪器测试前，如发现有50HZ干扰信号，则可选通开关K₃、K₄和K₉、K₁₀，使陷波电路10工作，利用它陡峭的带阻特性，只阻止50HZ信号通过，而输出级8的输出信号就不存在50HZ干扰信号了。

在图5中，由集成运算放大器LF412，电阻R₄₀、R₄₁、R₄₂、R₄₃、R₄₄、R₄₅、R₄₆、R₄₇、R₄₈、R₄₉、R₅₀、R₅₁、R₅₂、R₅₃，电容C₂₃、C₂₄、C₂₅、C₂₆、C₂₇、C₂₈、C₂₉、C₃₀、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₃₄及切换开关S₄、S₅、S₆和开关K₇、K₈构成低通滤波电路11，其输入经d点接至开关K₅，输出经C点接至开关K₆。在仪器测试前，如发现有其它高频干扰信号，则可选通开关K₅、K₆和K₇、K₈，使低通滤波电路11工作，并由切换开关S₄、S₅、S₆控制，从四档中选择适当的上限频率，利用它的阻带衰减特性，以－20db／倍频程速率，将高频干扰信号滤除。

在图6中，给出了四路直流稳压电源电路原理图。变压器20采用二次屏蔽，即原边和付边均用0.05mm薄铜片环包，薄铜片一端悬空，另一端接地，且两端留有间隙，以增加仪器抗干扰能力。变压器20的外磁场屏蔽，是把变压器置于带有散热孔的铁盒内，将变压器进行整体屏蔽。一个四路整流滤波电路19、18、17、16由超小型桥堆QZ₁、QZ₂、QZ₃、QZ₄和电容C_A、C_B、C_C、C_D、C₃₇、C₃₉、C₄₁、C₄₃构成。一个四路三端集成稳压电路12、13、14、15由三端集成稳压块7815、7915、7812、7906和电容C₃₈、C₄₀、C₄₂、C₄₄构成。还有一个电源指示21由二极管D₁、电阻R₆₂、电容C₄₈及发光二极管FG构成。

本实用新型是由各自独立的单机组合成一个机箱七通道整机。单机由双槽口铝合金型材构成框架，四面盖板为抽拉式铝合金板。该实用新型可用于工程爆破近区测量保留体和建基面的高频应变，亦可测量引水压力钢管，用爆炸法消除焊缝残余应力时的高频冲击应变。

Claims

1、一种爆破近区测量高频应变的超动态应变仪，主要由集成块和外围电子元件相搭配的电子电路组成，其特征在于该仪器具有：

A.一个不用隔直电容且输出无直流电位差的电位计式输入电路，该输入电路接有一高精度平恒电源(3)还通过按钮AN与标定电路(2)连接；

B.一个由前置放大电路(4)、隔离缓冲级(5)、增益调节电路(6)、主放大电路(7)和输出电路(8)构成的高精度超低噪声宽频带0～300KHZ直流放大电路，并在输出电路(8)末端接一调零指示电路(9)；

C.一个抗50HZ干扰信号的陷波电路(10)和一个滤除高频干扰信号的三阶有源低通滤波电路(11)分别通过开关与直流放大电路相接；

D.一个四路直流稳压电源电路。

2、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于电位计式输入电路由应变计R_P、上臂电路（1）和电容C₂、C₃构成，并在A点输出直流电位为零，上臂电路（1）包括电阻R₃、R₀、电位器W₁及电容C₁。

3、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于高精度平衡电源（3）由负稳压集成器LM337及电阻R₆₀、R₆₁，电容C₃₅、C₄₆、C₄₇构成，输入接负6V稳压电源，输出接应变计R_P的B点。

4、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于前置放大电路（4）由集成运算放大器OP－37及外围电子元件电阻R₁₂、R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆，电位器W₂与电容C₄，C₅、C₆、C₇构成，其输出端经m点与隔离缓冲级（5）连接。

5、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于隔离缓冲级（5）由集成运算放大器LF356，电阻R₁₈、R₁₉、R₂₀及电容C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、C₁₂构成，并与增益调节电路（6）连接。

6、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于主放大电路（7）由集成运算放大器OP－37，电阻R₂₉、R₃₀、R₃₁、R₃₂、R₃₃，电位器W₄及电容C₁₃、C₁₄、C₁₅、C₁₆、C₁₇构成，并通过开关K₃经电阻R₃₄、开关K₄与输出电路（8）的输入端连接。

7、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于输出级（8）由集成运算放大器LF356，电阻R₁₆、R₁₇，电位器W₅，电容C₁₈、C₁₉、C₂₀、C₂₁、C₂₂构成，经开关K₅、K₆连接输出端OVT，并在开关K₅之前接有调零指示电路（9）。

8、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于抗50HZ干扰信号的陷波电路（10）由集成运算放大器LF412，电阻R₅₄、R₅₅、R₅₆、R₅₇、R₅₈、R₅₉，多圈电位器W₆及电容C₃₅、C₃₆构成，输入经b点接至开关K₃，输出经电阻R₃₅接至开关K₄。

9、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于三阶有源低通滤波电路（11）由集成运算放大器LF412，电阻R₄₀、R₄₁、R₄₂、R₄₃、R₄₄、R₄₅、R₄₆、R₄₇、R₄₈、R₄₉、R₅₀、R₅₁、R₅₂、R₅₃，电容C₂₃、C₂₄、C₂₅、C₂₆、C₂₇、C₂₈、C₂₉、C₃₀、C₃₁、C₃₂、C₃₃、C₃₄及切换开关S₄、S₅、S₆和开关K₇、K₈构成，输入经d点接至开关K₅，输出经C点接开关K₆。

10、根据权利要求1所述的应变仪，其特征在于四路直流稳压电源电路由一个二次屏蔽和外磁场屏蔽的变压器（20），一个四路整流滤波电路（16、17、18、19）和一个四路三端集成稳压电路（12、13、14、15）与一个电源指示（21）构成。