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1、1 一种钢弦式智能应变传感器，包括振弦传感器，其特征是：包括 Mbus 通信电路、供电电路、激发电路、A/D转换电路，振弦传感器连接处理模块，处 理模块与 Mbus 通信电路相连接。2 如权利要求 1 所述的钢弦式智能应变传感器，其特征在于：所述振弦传 感器包括感应磁头线圈和整形放大电路。钢弦式智能应变传感器技术领域本发明涉及传感器领域，具体说是一种钢弦式智能应变传感器。 背景技术在水利、铁道、公路、桥梁、矿山、隧道、石油、港口码头和高层建筑等 土木建筑工程中都需要使用应变传感器，用它来测定上述建筑工程中所用材料 结构件的应变的变化情况，目前普遍使用的应变传感器有钢弦式钢筋计和钢弦 式应变计。
2、钢筋计由壳体、钢弦、线圈和屏蔽电缆组成，这种结构的应变传感 器的测量精度受到材料、材质及其制造精度的限制，传感器的灵敏度差、反应 迟钝，灵敏度一般在5X10-4以上，它的灵敏度没有电阻应变片的灵敏度高； 所述钢弦式应变计由黄铜波纹管、钢弦、线圈和屏蔽电缆组成，波纹管裸露在 外，在使用过程中稍不小心，就会将它弄坏，这种结构的应变传感器的测量精 度受到波纹管本身的材料（黄铜）及使用方法的影响，其抗折率较差，反应也 不灵敏，因而，这两种传感器的测量结果只能用来作定性分析，不能定量测量 目前，在国家级大中型土木建筑工程中所使用的应变传感器，要求既能定性分 析，又能定量测量，因而现有的钢弦式钢筋计和钢弦
3、式应变计不能很好适应现 代建筑工程的要求，有待进一步改进。能将应变的物理变化量转换成电信号， 还能将该电信号测量、存储、远程传送的智能型应变传感器在国内尚无稳定、 成熟产品，具有较大的开发前景。发明内容本发明的目的就是提供一种钢弦式智能应变传感器，以弥补已有技术的不 足。本发明的技术方案为：包括振弦传感器，其特征是：包括 Mbus 通信电路、供电电路、激发电路、A/D转换电路，振弦传感器连接处理模块，处理模块与M bus 通信电路相连接。本发明的有益效果为：传感器的灵敏度高、应变测量值可以远距离传输， 对应变测量值既能定性分析，又能定量测量。上述振弦传感器包括感应磁头线圈和整形放大电路。附图说
4、明图 1 为钢弦式智能应变传感器原理图。图 2 为振弦传感器内部电路示意图具体实施方式本发明包括 Mbus 通信电路、供电电路、激发电路、整形放大电路、 A/D 转换电路。在现场应用中，应变测量值往往需要远距离传输到监控室，因此在本发明中，我们加入了 Mbus通信电路。单片机的串行通信输出端TXD经光耦U2后 与Mbus总线转换芯片U1相连接。通过U1后，信号转换为符合Mbus总线 协议的标准信号，可无中继传送5km以上。Mbus总线转换芯片U1在接收到数 据后将其转换为TTL电平信号，通过光耦U3后，传送给单片机串行通信输入端 RXD。在本发明中，电阻R5和R8用于控制芯片U1工作电流。通过
5、控制R5和R8 的阻值以及工作时光耦U5的配合应用，使U1在接收数据时工作电流为1.3mA, 发送数据时工作电流为4mA。即在接收数据时，单片机P1.6为低电平，此时光 耦U5截止，R5和R8串连使用，从而控制U1的工作电流为1.3mA。在发送数据 时，单片机P1.6为高电平，此时光耦U5导通，R8被U5短路，从而控制U1的 工作电流为4mA。R4是用于控制U1发送数据时电流变化的大小，在本发明中， 根据仪器设计需要，通过控制R4的阻值大小，使发送数据时电流变化为5mA。在本发明中，需要使用到+5V、+3V、一5V四种电源电压+3V电源用于 给单片机及其相关外围电路供电+5V用于给芯片U16供
6、电。一5V用于给整形 放大电路供电。芯片U7和U8组合输出+3V直流电压。仪器输入电压通过芯片 U7后，稳压为+5V，再通过芯片U8后，输出+3V直流电压。芯片U11和U9组 合输出+5V直流电压。在本发明中+5V仅给激发电路和A/D转换器U16供电， 为了降低系统功耗，所以我们希望仅在进行激发和A/D转换时提供+ 5V电压， 因此在本发明中，通过单片机P0.0控制Q2和Q4,在进行激发和A/D转换时， P0.0为高电平，使Q2和Q4导通，从而产生+5V电压。在不进行激发和A/D转 换时P0.0为低电平，使Q2和Q4截止，从而使U11没有输入，也就不产生+5V 电压，从而达到降低系统功耗的目的
7、。芯片U12和U10组合输出一5V电压。芯 片U12为COMS电压转换器，可将U11输出的+ 8V电压，转换成一8V电压，通 过芯片U10后，稳压输出一5V电压。本发明的激发电路由图1 中 Q5 和 Q7 及其外围辅助电路组成。根据实际应 用需要，在本发明中，激发电压采用 5V 电压。由于单片机采用 3V 供电，为此 我们设计出本激发电路。由单片机P2.4控制Q7,当P2.4为高电平时，Q7导通, 从而使Q5导通，进而给振弦传感器电路供电。当P2.4为低电平时，Q7截止， 从而使 Q5 截止，进而停止给振弦传感器电路供电。我们通过控制单片机 P2.4 即可产生激发脉冲，从而达到激发振弦传感器的
8、目的。根据本发明采用的振弦 传感器，单片机产生的激发脉冲频率应为200Hz 5000Hz，即从200 Hz开始， 频率依次递增1Hz,直至5000 Hz。单片机通过内部定时器产生200 Hz定时， 当定时到来时，将P2.4的状态取反，并将定时时间增加1Hz。依次进行，直至 定时达到5000 Hz。通过单片机软件和硬件配合，便可激发本发明中使用的振弦 传感器。激发脉冲使钢弦产生微小振动，该振动在感应磁头线圈里产生电动势。但 产生的该电动势非常微小，单片机无法检测。因此，在本发明中，我们设计出 由 U14 和 U13 及其外围电路组成的放大整形电路。由于感应磁头线圈里产生的 电动势非常小，采用普通
9、放大器无法精确放大该信号，在本发明中，我们采用 超低偏移电压双运算放大器 AD708 将此信号放大。信号放大后经过 U13 即低功 耗双电压比较器 LM393 后，将此信号转换为频率信号。感应磁头线圈里产生的 电动势被放大整形成为频率信号后，单片机只需测量信号的频率即可计算出应 变量。假设单片机测得频率为X,则可以利用公式(XXX/1000)-X0XC计算 出相应的应变量。其中 X0 为初始应变量读数， C 为根据振弦传感器类型而提供 的率定系数。为了获得每个振弦传感器的初始读数以作为计算的基准，我们还 设计出配套应用的设置器。当接入设置器后，接口 J2的第七脚便通过设置器内 部短接线与地相接
10、，从而使光耦U6导通，单片机通过I/O 口 P2.2便可以检测 到，进而进入到设置程序。在设置程序中，接收输入的初始应变量读数。这样 便可以计算出振弦传感器测量到的实际应变值。应变计通常埋在混凝土中，受混凝土应变的影响，假定在仪器中的应变等 于混凝土中的应变，当温度变化时，混凝土以微小于振弦式应变计的频率膨胀 和收缩，因此，所观测的应变需要根据修正系数进行修正。修正后的计算公式 为(Xl-X0)XC+ (T0-T1) XKO其中T0为X0测得时的温度，T1为当前温度, K 为修正系数。 T0 可与 X0 同时通过设置器的输入获得。温度是通过测量振弦传感器中的热敏电阻两端电压值而获得。电压值为模
11、 拟量，在本发明中，为保证测量温度的精确度，我们采用完全差分输入通道 16 位A/D转换器AD7705。通过其内部程控放大器，我们首先将信号放大，而后进 行 A/D 转换。这样通过测得的电压值便可以计算出相应的温度值。虽然已显示并阐述了本发明的原理，熟悉此项技术的普通人员可以了解可 以做出比上述更多的修改而不致于有悖于本发明的发明概念。因此，本发明仅 受权利要求的精神的限制。/WR 6,C O D B A A 1+3VOUTPUTA +VSOUTPUANODECATHOOUTPUAGNDJIBUSL2BUSLVBGNDSTCRISRIDDRXIPFRXSCVddTXIVSU7Vin+5VU8V
12、in+3VANODEOUTPUCATHOLED 12BZ 13BH6IR0 17IRQ. 18+3V-19+3V 20P1.6 5P156GND 7OCB/Pi.qRST/P1.50Vss PXTAL1/P3.1P0.2/CIN2A/tP0.3/CIN1B/IP0.4/CIN1A/tP0.5/CMPREF/CLKOUT/XTAL2/P3.0INT1/P1.4SDA/INT0/P1.3P0.6/CMP1/KBIP0.7/T1/KBI7U11Vin+8VVin+5VU12NCV+CAP+OSCGNDLVLAP-VOU丿10Vin-5VU16SCLKGNDMCLKIVDDMCLKO DINCSDOURESET DRDAIN2+A1N2AIN1 +REFVCC OUTPUTIN1- OUTPUTU15V+V-图1
