CN220670751U - 一种桥梁应变采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁应变采集设备，包括温度传感器、恒流源电路，所述恒流源电路包括电阻R1至电阻R7、运放U1A及运放U1B，电阻R1的一端与电源V1的正极连接，电源V1的负极接地，电阻R1的另一端以及电阻R2的一端均与运放U1A的同相端连接，运放U1A的反相端通过电阻R3接地，运放U1A的反相端还顺次通过电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7接地；运放U1A的输出端接在电阻R4与电阻R5之间，电阻R5与电阻R6之间接运放U1B的同相端，运放U1B的反相端与其输出端以及电阻R2的另一端连接；运放UA1的同相端和反相端分别连接温度传感器的两端；本实用新型的优点在于：设备采集的结果更加准确。

Description

一种桥梁应变采集设备

技术领域

本实用新型涉及结构安全监测领域，具体涉及一种桥梁应变采集设备。

背景技术

在对岩土工程的安全监测中，通常采用振弦式(或称钢弦式)仪器等安全监测仪器监测岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量，用以分析判断岩土工程的安全。现有的振弦采集设备，有的直接通过4G将数据上传平台，平台再将数据推送给用户。有的可支持本地便携式采集振弦数据，监测不稳定结构物的变化。而无论采用哪种方式采集振弦数据都需要实时对振弦采集设备的监测位置的温度采集，一方面根据其温度判断振弦采集设备工作是否正常，在过高的温度的情况下振弦采集设备容易损坏，需要及时处理，另一方面根据其温度能够判断岩土工程的安全。目前常用的振弦采集设备的温度采集方法是在振弦采集设备内设置热敏电阻，通过测量热敏电阻的阻值来得到温度数据。但是由于温度的变化振弦采集设备在受到外界因素的干扰下，输出量通常会发生与输入量无关的，不需要的变化，也即产生温漂，从而带来很大的测量误差；而上述温度采集方法无法抑制振弦采集设备的温漂，从而导致最终采集的结果不够准确。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术桥梁应变采集设备无法抑制设备的温漂，从而导致最终采集的结果不够准确。

本实用新型通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种桥梁应变采集设备，包括温度传感器、恒流源电路，所述恒流源电路包括电阻R1至电阻R7、运放U1A及运放U1B，电阻R1的一端与电源V1的正极连接，电源V1的负极接地，电阻R1的另一端以及电阻R2的一端均与运放U1A的同相端连接，运放U1A的反相端通过电阻R3接地，运放U1A的反相端还顺次通过电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7接地；运放U1A的输出端接在电阻R4与电阻R5之间，电阻R5与电阻R6之间接运放U1B的同相端，运放U1B的反相端与其输出端以及电阻R2的另一端连接；运放UA1的同相端和反相端分别连接温度传感器的两端。

进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括主控模块，所述主控模块的型号为AT89C1051，主控模块的ADC采样端口与温度传感器连接。

进一步地，所述温度传感器为PT100电阻。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括芯片U2、晶振U1、电容C1至电容C12、电阻R11、电阻R12及电阻R8，芯片U2的第三十引脚通过电阻R11及电容C1接地，芯片U2的第二十九引脚通过电容C2接地，晶振U1的第一引脚接在电容C1和电阻R11之间，晶振U1的第三引脚与芯片U2的第二十九引脚连接，晶振U1的第二引脚和第四引脚接地；芯片U2的第二十八引脚与电阻R2的一端连接，芯片U2的第三十一引脚以及第三十二引脚均通过电容C3以及电容C4接地并且与电源VDD33连接；芯片U2的第二引脚和第三引脚、电容C7的一端、电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C6的一端及电容C5的一端与电源VDD33连接，电容C5、电容C6及电容C7的另一端接地；电感L2的一端、电容C9的一端及芯片U2的第一引脚连接，电感L2的另一端、电容C8的一端与天线ANT1连接，电容C8的另一端及电容C9的另一端接地；芯片U2的第二十一引脚通过电阻R8与电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十八引脚、电容C11的一端及电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十七引脚及电容C10的一端连接并接电源VDD33，芯片U2的第十一引脚与电容C12的一端连接并接电源VDD33，电容C12的另一端接地。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块包括芯片U3和双向ESD二极管D1，芯片U3的第三引脚与电源VDD33以及双向ESD二极管D1的一端连接，双向ESD二极管D1的另一端接地，芯片U3的第五十三引脚、第一引脚、第二引脚、第十一引脚、第五十二引脚、第十四引脚、第三十六引脚至第五十一引脚接地；芯片U3的第十二引脚、第十三引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚分别与芯片U2的第四引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚及第七引脚连接，芯片U3的第十八引脚至第二十三引脚、第十六引脚、第二十六引脚以及第二十七引脚分别与芯片U2的第九引脚至第十六引脚、第二十五引脚以及第二十六引脚连接；芯片U3的第三十引脚和第三十一引脚分别与电阻R12的另一端及芯片U3的第二十七引脚连接，还与主控模块的串口连接。

更进一步地，所述芯片U2的型号为ESP32-C3FN4，所述芯片U3的型号为ESP32-C3-MINI-1U。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括时钟模块，所述时钟模块的型号为DS1302，所述时钟模块的信号输出端与主控模块的时钟信号接口连接。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括振弦传感器，所述振弦传感器与主控模块的采样端口连接。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括FLSH存储器，所述FLSH存储器与主控模块的SPI接口连接。

更进一步地，所述桥梁应变采集设备还包括显示屏，所述显示屏为LCD1602液晶屏，所述显示屏的第四引脚至第十四引脚与主控模块的IO端口连接。

本实用新型的优点在于：

(1)本实用新型采样恒流源电路与温度传感器连接，通过恒流源电路输出稳定的恒定电流，增大共模抑制比，降低温度飘移等的影响，增强电路稳定性，从而使得设备最终采集的结果较为准确。

(2)本实用新型的桥梁应变采集设备具有蓝牙模块，通过蓝牙模块能够将采集的振弦数据发送到移动终端，解决了目前基于4G的振弦采集设备不能监测不稳定结构的问题，解决了现有的手持式振弦设备需要靠近振弦传感器的不安全性等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例所公开的一种桥梁应变采集设备的整体结构框图；

图2为本实用新型实施例所公开的一种桥梁应变采集设备中恒流源电路原理图；

图3为本实用新型实施例所公开的一种桥梁应变采集设备中无线通讯模块原理图；

图4为本实用新型实施例所公开的一种桥梁应变采集设备中蓝牙模块原理图。

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，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。

如图1所示，本实用新型提供一种桥梁应变采集设备，包括主控模块1、温度传感器2、恒流源电路3、时钟模块4、振弦传感器5、FLSH存储器6、显示屏7、无线通讯模块和蓝牙模块8，所述主控模块1的型号为AT89C1051，用来控制振弦信号采集、显示屏7显示、RTC时钟对时、蓝牙功能等。主控模块1的ADC采样端口与温度传感器2连接。所述温度传感器2为PT100电阻。温度传感器2与恒流源电路3连接。所述时钟模块4的型号为DS1302，所述时钟模块4的信号输出端与主控模块1的时钟信号接口连接，用来准确显示时间。所述振弦传感器5与主控模块1的采样端口连接，用来采集振弦数据。所述FLSH存储器6与主控模块1的SPI接口连接，用来存储数据。所述显示屏7为LCD1602液晶屏，所述显示屏7的第四引脚至第十四引脚与主控模块1的IO端口连接，用于显示采集数据、时间、采集状态等数据。无线通讯模块与蓝牙模块8连接，蓝牙模块8与主控模块1连接，蓝牙模块8用来连接移动终端设备，蓝牙模块8与主控模块1通过串口进行通信。还包括USB充电部分：主要包括USB接口、充电电路。USB接口用来连接USB充电器和手持式振弦采集设备。充电电路用来给锂电池充电。

如图2所示，所述恒流源电路3包括电阻R1至电阻R7、运放U1A及运放U1B，电阻R1的一端与电源V1的正极连接，电源V1的负极接地，电阻R1的另一端以及电阻R2的一端均与运放U1A的同相端连接，运放U1A的反相端通过电阻R3接地，运放U1A的反相端还顺次通过电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7接地；运放U1A的输出端接在电阻R4与电阻R5之间，电阻R5与电阻R6之间接运放U1B的同相端，运放U1B的反相端与其输出端以及电阻R2的另一端连接；运放UA1的同相端和反相端分别连接温度传感器2的两端。

参阅图3，所述桥梁应变采集设备还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括芯片U2、晶振U1、电容C1至电容C12、电阻R11、电阻R12及电阻R8，所述芯片U2的型号为ESP32-C3FN4，芯片U2的第三十引脚通过电阻R11及电容C1接地，芯片U2的第二十九引脚通过电容C2接地，晶振U1的第一引脚接在电容C1和电阻R11之间，晶振U1的第三引脚与芯片U2的第二十九引脚连接，晶振U1的第二引脚和第四引脚接地；芯片U2的第二十八引脚与电阻R2的一端连接，芯片U2的第三十一引脚以及第三十二引脚均通过电容C3以及电容C4接地并且与电源VDD33连接；芯片U2的第二引脚和第三引脚、电容C7的一端、电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C6的一端及电容C5的一端与电源VDD33连接，电容C5、电容C6及电容C7的另一端接地；电感L2的一端、电容C9的一端及芯片U2的第一引脚连接，电感L2的另一端、电容C8的一端与天线ANT1连接，电容C8的另一端及电容C9的另一端接地；芯片U2的第二十一引脚通过电阻R8与电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十八引脚、电容C11的一端及电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十七引脚及电容C10的一端连接并接电源VDD33，芯片U2的第十一引脚与电容C12的一端连接并接电源VDD33，电容C12的另一端接地。

参阅图4，所述桥梁应变采集设备还包括蓝牙模块8，所述蓝牙模块8包括芯片U3和双向ESD二极管D1，所述芯片U3的型号为ESP32-C3-MINI-1U。芯片U3的第三引脚与电源VDD33以及双向ESD二极管D1的一端连接，双向ESD二极管D1的另一端接地，芯片U3的第五十三引脚、第一引脚、第二引脚、第十一引脚、第五十二引脚、第十四引脚、第三十六引脚至第五十一引脚接地；芯片U3的第十二引脚、第十三引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚分别与芯片U2的第四引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚及第七引脚连接，芯片U3的第十八引脚至第二十三引脚、第十六引脚、第二十六引脚以及第二十七引脚分别与芯片U2的第九引脚至第十六引脚、第二十五引脚以及第二十六引脚连接；芯片U3的第三十引脚和第三十一引脚分别与电阻R12的另一端及芯片U3的第二十七引脚连接，还与主控模块1的串口连接。

手持式振弦采集设备通过四芯航插口与振弦传感器5连接好之后，设备上电，手机打开蓝牙，连接上手持式振弦采集仪。手机APP的界面与手持式振弦采集仪的界面一致，通过控制手机APP的界面来操作手持式振弦采集仪采集数据。其中，控制的通信通路为，手机APP下发的指令通过手机天线发射，手持式振弦采集仪的蓝牙模块8的天线负责数据的接收。接收的指令通过蓝牙串口传到主控模块1的串口，接收到的指令通过主控模块1进行处理，主控模块1再发出采集振弦数据的指令，采到数据后，数据传到存储部分进行存储，同时，数据也通过手持式振弦采集仪的显示屏7界面实时展示出来，并且通过主控模块1与蓝牙模块8的串口通信传到蓝牙模块8，再通过蓝牙天线发射到手机APP，此时APP的数据展示与手持式振弦采集仪的数据是一模一样的。需要说明的是，对于上述通信控制逻辑的描述仅仅是为了展示实际应用中蓝牙模块8的具体操作过程，本领域技术人员在选用本实施例提供的型号的蓝牙模块8以后按照操作手册能够完成上次操作，本实用新型只保护硬件架构，对其内在逻辑不做保护。

通过以上技术方案，本实用新型采样恒流源电路3与温度传感器2连接，通过恒流源电路3输出稳定的恒定电流，增大共模抑制比，降低温度飘移等的影响，增强电路稳定性，从而使得设备最终采集的结果较为准确。

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 (10)

1.一种桥梁应变采集设备，其特征在于，包括温度传感器、恒流源电路，所述恒流源电路包括电阻R1至电阻R7、运放U1A及运放U1B，电阻R1的一端与电源V1的正极连接，电源V1的负极接地，电阻R1的另一端以及电阻R2的一端均与运放U1A的同相端连接，运放U1A的反相端通过电阻R3接地，运放U1A的反相端还顺次通过电阻R4、电阻R5、电阻R6以及电阻R7接地；运放U1A的输出端接在电阻R4与电阻R5之间，电阻R5与电阻R6之间接运放U1B的同相端，运放U1B的反相端与其输出端以及电阻R2的另一端连接；运放UA1的同相端和反相端分别连接温度传感器的两端。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括主控模块，所述主控模块的型号为AT89C1051，主控模块的ADC采样端口与温度传感器连接。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，所述温度传感器为PT100电阻。

4.根据权利要求2所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括无线通讯模块，所述无线通讯模块包括芯片U2、晶振U1、电容C1至电容C12、电阻R11、电阻R12及电阻R8，芯片U2的第三十引脚通过电阻R11及电容C1接地，芯片U2的第二十九引脚通过电容C2接地，晶振U1的第一引脚接在电容C1和电阻R11之间，晶振U1的第三引脚与芯片U2的第二十九引脚连接，晶振U1的第二引脚和第四引脚接地；芯片U2的第二十八引脚与电阻R2的一端连接，芯片U2的第三十一引脚以及第三十二引脚均通过电容C3以及电容C4接地并且与电源VDD33连接；芯片U2的第二引脚和第三引脚、电容C7的一端、电感L1的一端连接，电感L1的另一端、电容C6的一端及电容C5的一端与电源VDD33连接，电容C5、电容C6及电容C7的另一端接地；电感L2的一端、电容C9的一端及芯片U2的第一引脚连接，电感L2的另一端、电容C8的一端与天线ANT1连接，电容C8的另一端及电容C9的另一端接地；芯片U2的第二十一引脚通过电阻R8与电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十八引脚、电容C11的一端及电源VDD_SPI连接，芯片U2的第十七引脚及电容C10的一端连接并接电源VDD33，芯片U2的第十一引脚与电容C12的一端连接并接电源VDD33，电容C12的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块包括芯片U3和双向ESD二极管D1，芯片U3的第三引脚与电源VDD33以及双向ESD二极管D1的一端连接，双向ESD二极管D1的另一端接地，芯片U3的第五十三引脚、第一引脚、第二引脚、第十一引脚、第五十二引脚、第十四引脚、第三十六引脚至第五十一引脚接地；芯片U3的第十二引脚、第十三引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚分别与芯片U2的第四引脚、第五引脚、第六引脚、第八引脚及第七引脚连接，芯片U3的第十八引脚至第二十三引脚、第十六引脚、第二十六引脚以及第二十七引脚分别与芯片U2的第九引脚至第十六引脚、第二十五引脚以及第二十六引脚连接；芯片U3的第三十引脚和第三十一引脚分别与电阻R12的另一端及芯片U3的第二十七引脚连接，还与主控模块的串口连接。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，所述芯片U2的型号为ESP32-C3FN4，所述芯片U3的型号为ESP32-C3-MINI-1U。

7.根据权利要求2所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括时钟模块，所述时钟模块的型号为DS1302，所述时钟模块的信号输出端与主控模块的时钟信号接口连接。

8.根据权利要求2所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括振弦传感器，所述振弦传感器与主控模块的采样端口连接。

9.根据权利要求2所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括FLSH存储器，所述FLSH存储器与主控模块的SPI接口连接。

10.根据权利要求2所述的一种桥梁应变采集设备，其特征在于，还包括显示屏，所述显示屏为LCD1602液晶屏，所述显示屏的第四引脚至第十四引脚与主控模块的IO端口连接。