振弦式应变计是一种广泛应用于土木工程、地质勘探等领域的高精度传感器,用于测量结构的应变变化。近年来,随着微控制器单元(MCU)的发展,自动化测量技术得到了极大的提升,使得振弦式应变计的测值采集更加高效和精确。本文将详细介绍MCU自动测量单元如何采集振弦式应变计的测值。
振弦式应变计的工作原理
振弦式应变计主要由一根张紧的金属弦和一个激励线圈组成。当外力作用于应变计时,其内部金属弦的长度和张力会发生变化,导致弦的振动频率发生改变。通过测量弦的振动频率,就可以计算出应变的变化量。
MCU自动测量单元的设计
MCU自动测量单元通常包括以下几个主要部分:MCU主控芯片、信号激励电路、信号采集电路、数据处理模块和通信接口。
信号激励电路:该电路负责产生一个特定频率的激励信号,用于激发振弦式应变计中的金属弦振动。激励信号通常是一个正弦波,其频率略高于金属弦的固有频率。
信号采集电路:这部分电路用于捕捉金属弦的振动信号,并将其转换为电信号。通常使用一个高灵敏度的拾振器来采集振动信号,然后通过放大器和滤波器对信号进行预处理。
数据处理模块:MCU主控芯片负责对采集到的信号进行数据处理。通过快速傅里叶变换(FFT)等算法,将时域信号转换为频域信号,从而提取出金属弦的振动频率。
通信接口:测量结果可以通过各种通信接口(如RS-232、RS-485、USB或以太网)传输到上位机或云端进行进一步的分析和存储。
测值采集过程
激励信号生成:MCU通过信号激励电路产生一个特定频率的激励信号,该信号通过导线传输到振弦式应变计的激励线圈中。
振动信号采集:激励信号激发金属弦振动,振动信号由拾振器采集并转换为电信号。经过放大器和滤波器处理后,信号被送入MCU的模数转换器(ADC)进行数字化。
数据处理:MCU对采集到的数字信号进行FFT变换,得到频域信号。通过分析频域信号,可以确定金属弦的振动频率。
结果输出:MCU将计算出的振动频率通过通信接口发送到上位机或云端。上位机软件可以对数据进一步处理,如计算应变值、数据存储和可视化等。
MCU自动测量单元通过精确控制信号激励和高效的数据处理,实现了振弦式应变计测值的自动化采集。这种技术不仅提高了测量效率和精度,还降低了人工操作的复杂性和成本。广泛应用于桥梁、大坝、隧道等结构的健康监测,为保障工程安全提供了重要的技术支持。