CN220541974U - 一种应变和温度采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及应变检测，具体涉及一种应变和温度采集装置，包括主控芯片、应变传感器接口电路、AD转换芯片和RS485接口电路；应变传感器接口电路，接收应变传感器的应变信号，对应变信号进行放大，同时对应变信号进行补偿，并采集温度信号；AD转换芯片，接收应变传感器接口电路发送的经过处理的应变信号以及温度信号，并将经过处理的应变信号以及温度信号转换为相应的数字信号；主控芯片，接收AD转换芯片发送的数字信号，并对数字信号进行数字滤波；RS485接口电路，用于主控芯片与外部设备进行数据交互；本实用新型提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的应变传感器受温度影响检测结果准确性较差的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及应变检测，具体涉及一种应变和温度采集装置。
背景技术
应变和温度采集装置，能够对应变传感器的应变信号进行采集，同时能够采集温度信号。应变是指沿着应用力轴测量到的变形值，应变是指结构在外力作用下的相对变形，是掌握结构力学性能及判断结构承载力的重要指标，在土木工程、机械制造、航空航天等多种学科的力学性能测试中广泛应用。
在土木工程领域，为了掌握悬臂梁的实际承载力，判断其是否达到设计荷载或目标荷载要求，通常需要采用荷载试验的方法，对桥梁的承载力进行鉴定，此时应变测试就是一项主要测试内容。桥梁荷载试验中的应变测试一般是通过在桥梁控制截面安装应变传感器(多采用电阻应变片)，然后通过对比加载前后的应变变化，获得结构承受活荷载的能力，再通过试验荷载与设计(目标)荷载的对比，反映悬臂梁承载力的状况。应变传感器受温度影响很大，经常出现数值漂移过大的问题。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本实用新型提供了一种应变和温度采集装置，能够有效克服现有技术所存在的应变传感器受温度影响检测结果准确性较差的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种应变和温度采集装置，包括主控芯片、应变传感器接口电路、AD转换芯片和RS485接口电路；
应变传感器接口电路，接收应变传感器的应变信号，对应变信号进行放大，同时对应变信号进行补偿，并采集温度信号；
AD转换芯片，接收应变传感器接口电路发送的经过处理的应变信号以及温度信号，并将经过处理的应变信号以及温度信号转换为相应的数字信号；
主控芯片，接收AD转换芯片发送的数字信号，并对数字信号进行数字滤波；
RS485接口电路，用于主控芯片与外部设备进行数据交互。
优选地，所述应变传感器接口电路包括应变采集芯片U1和应变电桥焊接接口H1；
应变电桥焊接接口H1，用于连接应变传感器的全桥结构；
应变采集芯片U1，使用高共模抑制的可编程增益放大器对应变传感器的应变信号进行放大，同时对应变传感器的灵敏度、温漂、非线性和应变信号的电压偏移进行补偿，并采集温度信号。
优选地，所述应变采集芯片U1采用JHM1503芯片，所述JHM1503芯片集成有温度传感器。
优选地，所述RS485接口电路包括RS485隔离芯片U2、瞬态抑制二极管D2和气体放电管D1；
RS485隔离芯片U2，接收主控芯片发送的应变数据和温度数据，同时具有电气隔离功能；
瞬态抑制二极管D2，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防静电和过压保护；
气体放电管D1，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防过压保护。
优选地，所述RS485接口电路还包括自恢复保险丝F1、自恢复保险丝F2、RS485接头P1和RS485接头P2，所述RS485隔离芯片U2的输出端之间连接有瞬态抑制二极管D2、气体放电管D1；
所述瞬态抑制二极管D2的一端与气体放电管D1的一端之间连接有自恢复保险丝F1，所述瞬态抑制二极管D2的另一端与气体放电管D1的另一端之间连接有自恢复保险丝F2；
所述气体放电管D1的一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连，所述气体放电管D1的另一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连。
优选地，所述RS485隔离芯片U2采用NSI83085芯片。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型所提供的一种应变和温度采集装置，具有以下有益效果：
1)温度信号是由应变采集芯片内部集成的温度传感器采集到的，使得应变传感器的应变信号和温度信号对应于同一个位置，能够确保应变数据和温度数据准确关联起来，在后续进行应变数据的历史比对时能够加入温度维度的比对，有效提高后期应变数据判断和比对精度，从而得到更加准确的应变检测结果；
2)应变采集芯片能够对应变传感器的灵敏度、温漂、非线性和应变信号的电压偏移进行补偿，同时主控芯片能够对数字信号进行数字滤波，减小噪声对信号造成的干扰，从而能够获得准确的应变数据和温度数据；
3)RS485接口电路采用RS485隔离芯片进行电气隔离，通过瞬态抑制二极管对总线进行防静电和过压保护，利用气体放电管实现防过压保护，使得电路板具有更好的EMC性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的硬件连接示意图；
图2为本实用新型中主控芯片的电路图；
图3为本实用新型中应变传感器接口电路的电路图；
图4为本实用新型中RS485接口电路的电路图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种应变和温度采集装置，如图1至图4所示，包括主控芯片、应变传感器接口电路、AD转换芯片和RS485接口电路；
应变传感器接口电路，接收应变传感器的应变信号，对应变信号进行放大，同时对应变信号进行补偿，并采集温度信号；
AD转换芯片，接收应变传感器接口电路发送的经过处理的应变信号以及温度信号，并将经过处理的应变信号以及温度信号转换为相应的数字信号；
主控芯片，接收AD转换芯片发送的数字信号，并对数字信号进行数字滤波；
RS485接口电路，用于主控芯片与外部设备进行数据交互。
①如图3所示，应变传感器接口电路包括应变采集芯片U1和应变电桥焊接接口H1；
应变电桥焊接接口H1，用于连接应变传感器的全桥结构；
应变采集芯片U1，使用高共模抑制的可编程增益放大器对应变传感器的应变信号进行放大，同时对应变传感器的灵敏度、温漂、非线性和应变信号的电压偏移进行补偿，并采集温度信号。
应变采集芯片U1采用JHM1503芯片，JHM1503芯片集成有温度传感器。
本申请技术方案中，应变传感器的型号为HFG-350-2A，应变范围为±5000微应变，正常工作温度范围在-40～+80℃，可以安装在曲率半径为76mm以上的表面，应变传感器为全桥结构。
JHM1503芯片可以适用于大部分惠斯通电桥形式的传感器，其可以向传感器提供恒压、恒流两种激励方式，并使用高共模抑制的可编程增益放大器对应变传感器的应变信号进行放大，同时对应变传感器的灵敏度、温漂、非线性和应变信号的电压偏移进行补偿，通过片上集成的温度传感器可以获得补偿时所需的温度信号。
JHM1503芯片支持对传感器的灵敏度和零点的温度漂移同时进行最高二阶的补偿，并对非线性进行最高三阶的补偿。补偿算法针对传感器具体的特性使用不同的补偿系数，这组补偿系数需要在传感器出厂前通过校准获得，并保存在MTP中。JHM1503芯片还提供了可编程的数字滤波器和信号输出限幅功能，通过I2C接口输出测量的应变信号和温度信号。
②如图2所示，主控芯片采用ARM架构的M0核国产MCU，通过I2C总线读取JHM1503芯片中采集到的应变信号和温度信号。主控芯片中再对数字信号进行平均滤波处理，这样能够得到更加稳定的数字信号，滤除噪声干扰。
③如图4所示，RS485接口电路包括RS485隔离芯片U2、瞬态抑制二极管D2和气体放电管D1；
RS485隔离芯片U2，接收主控芯片发送的应变数据和温度数据，同时具有电气隔离功能；
瞬态抑制二极管D2，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防静电和过压保护；
气体放电管D1，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防过压保护。
RS485接口电路还包括自恢复保险丝F1、自恢复保险丝F2、RS485接头P1和RS485接头P2，RS485隔离芯片U2的输出端之间连接有瞬态抑制二极管D2、气体放电管D1；
瞬态抑制二极管D2的一端与气体放电管D1的一端之间连接有自恢复保险丝F1，瞬态抑制二极管D2的另一端与气体放电管D1的另一端之间连接有自恢复保险丝F2；
气体放电管D1的一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连，气体放电管D1的另一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连。
RS485隔离芯片U2采用NSI83085芯片。
主控芯片将应变数据和温度数据通过RS485接口电路，按照标准MODBUS总线协议进行传输。MODBUS协议是标准工业协议，目前广泛使用，这样具有更好的通用性，能够与外部设备进行数据交互。同时，为了提高总线的抗干扰能力，采用RS485隔离芯片进行电气隔离，通过瞬态抑制二极管对总线进行防静电和过压保护，利用气体放电管实现防过压保护，使得电路板具有更好的EMC性能。
本申请技术方案中所涉及电器元件的引脚功能均可在技术资料上查看，而这些电器元件间的电路连接可根据技术资料进行，本领域技术人员有能力完成此项工作。
值得注意的是，本申请技术方案的目的仅是为了提供一种不同于现有技术的硬件配置，使技术人员能够在这样的硬件配置下实现进一步的开发，至于软件程序可在后期由本领域的编程人员根据实际效果需要进行编程。
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，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会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精神和范围。
Claims (6)
1.一种应变和温度采集装置，其特征在于：包括主控芯片、应变传感器接口电路、AD转换芯片和RS485接口电路；
应变传感器接口电路，接收应变传感器的应变信号，对应变信号进行放大，同时对应变信号进行补偿，并采集温度信号；
AD转换芯片，接收应变传感器接口电路发送的经过处理的应变信号以及温度信号，并将经过处理的应变信号以及温度信号转换为相应的数字信号；
主控芯片，接收AD转换芯片发送的数字信号，并对数字信号进行数字滤波；
RS485接口电路，用于主控芯片与外部设备进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的应变和温度采集装置，其特征在于：所述应变传感器接口电路包括应变采集芯片U1和应变电桥焊接接口H1；
应变电桥焊接接口H1，用于连接应变传感器的全桥结构；
应变采集芯片U1，使用高共模抑制的可编程增益放大器对应变传感器的应变信号进行放大，同时对应变传感器的灵敏度、温漂、非线性和应变信号的电压偏移进行补偿，并采集温度信号。
3.根据权利要求2所述的应变和温度采集装置，其特征在于：所述应变采集芯片U1采用JHM1503芯片，所述JHM1503芯片集成有温度传感器。
4.根据权利要求1所述的应变和温度采集装置，其特征在于：所述RS485接口电路包括RS485隔离芯片U2、瞬态抑制二极管D2和气体放电管D1；
RS485隔离芯片U2，接收主控芯片发送的应变数据和温度数据，同时具有电气隔离功能；
瞬态抑制二极管D2，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防静电和过压保护；
气体放电管D1，用于对RS485隔离芯片U2的输出信号进行防过压保护。
5.根据权利要求4所述的应变和温度采集装置，其特征在于：所述RS485接口电路还包括自恢复保险丝F1、自恢复保险丝F2、RS485接头P1和RS485接头P2，所述RS485隔离芯片U2的输出端之间连接有瞬态抑制二极管D2、气体放电管D1；
所述瞬态抑制二极管D2的一端与气体放电管D1的一端之间连接有自恢复保险丝F1，所述瞬态抑制二极管D2的另一端与气体放电管D1的另一端之间连接有自恢复保险丝F2；
所述气体放电管D1的一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连，所述气体放电管D1的另一端分别与RS485接头P1、RS485接头P2相连。
6.根据权利要求5所述的应变和温度采集装置，其特征在于：所述RS485隔离芯片U2采用NSI83085芯片。
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| CN202321968892.5U CN220541974U (zh) | 2023-07-25 | 2023-07-25 | 一种应变和温度采集装置 |
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| CN (1) | CN220541974U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118100445A (zh) * | 2024-04-22 | 2024-05-28 | 国网江苏综合能源服务有限公司 | 一种分布式电源一体化采集控制装置 |
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2023
- 2023-07-25 CN CN202321968892.5U patent/CN220541974U/zh active Active
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