[实用新型]差动电阻式传感器的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的健康监测技术领域，特别是岩土工程的安全监测仪器中的差动电阻式传感器的测量装置。

背景技术

在岩土工程的健康监测技术领域中，通常采用差动电阻式传感器(或称差阻式仪器)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健康安全状况。

差动电阻式传感器是由两根相同材质(电阻率相同均为ρ)、相同截面积(均为s)的钢丝配对组成，两根钢丝初始长度相等，设为L，在感知外界作用力F(可以是大坝和岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等测量信号)的时候，其中一组钢丝会产生ΔL的拉伸变形，而另一组钢丝则会产生ΔL的压缩变形。在弹性范围内，其中K为已知恒常数。而两根钢丝的电阻值分别为另设两根钢丝的初始电阻值为R，则即R＝(R₁+R₂)/2。因此：由此，外界作用力F是R₁/R₂(称作电阻比)的单一函数，通过测量R₁/R₂就能实现对F的测量。若设ΔR＝R₁-R₂，则F是ΔR/R的单一函数，通过测量ΔR/R也同样能实现对F的测量。

目前普遍采用直接放大法或组桥法来实现差阻式仪器的测量功能，其中直接放大法采用了最直观的测量原理，通过设计简单明了的电阻测量电路，直接获得电阻R₁和电阻R₂的测值，然后通过数值计算获得ΔR和R，最后获得F的计算结果。其优点是原理直观、电路简单，但缺点是由于测量电路的处理对象不仅包含了ΔR而且还包含了固有电阻分量值R，而ΔR在数值上远小于R，导致测量灵敏度和测量精度不理想，所以测量效果不好。采用组桥法，可以直接获取ΔR数据并有效克服固定电阻分量值R对测量精度的影响，但是组桥法不能直接获得R的测值，所以需要另外增加R测量电路，这样就会增加测量电路的复杂性，此外，组桥法对配桥所需的电阻R也有较高的精度要求，故增加了电路设计难度。

岩土工程的健康安全状况监测至关重要，确保测量结果的准确性是首要任务。因此，很有必要针对差阻式仪器的工作原理，设计一种全新的测量方法，以期获得非常理想的测量灵敏度和测量精度。

实用新型内容

本实用新型针对现有的差动电阻式传感器不容易获得高精度测量结果的问题，提供一种新型的差动电阻式传感器的测量装置，该装置可以获得非常理想的测量灵敏度和测量精度。

本实用新型的技术方案如下：

一种差动电阻式传感器的测量装置，所述差动电阻式传感器包括两个串联的电阻(R₁、R₂)，其特征在于，包括依次连接的镜像电流发生器、线路选择开关电路、放大整形电路、AD转换器以及单片机或微处理器，所述镜像电流发生器产生一对镜像电流(I₁、I₂)并经线路选择开关电路分别连接到差动电阻式传感器的两端，所述镜像电流大小相等或近似相等，方向相反，所述线路选择开关电路实现镜像电流与差动电阻式传感器两端的正向连接与反向连接的切换，线路选择开关将正向连接与反向连接输出的差动电阻式传感器两端的电压(U₁、U₂)依次通过放大整形电路和AD转换器后输入至单片机或微处理器，所述单片机或微处理器获得与正向连接与反向连接输出的差动电阻式传感器两端的电压(U₁、U₂)成确定比例关系的数值(N₁、N₂)，再根据获得的差动电阻式传感器两端的电压(U₁、U₂)与镜像电流(I₁、I₂)之间的关系获得差动电阻式传感器的被测物理量，实现差动电阻式传感器的测量。

所述镜像电流发生器包括两电流源，所述两电流源产生镜像电流(I₁、I₂)并输出至差动电阻式传感器的两端，所述两电流源的负极相连，且相连的两负极之间的节点引出有导线，所述导线的另一端连接至差动电阻式传感器的两电阻之间节点。

所述线路选择开关电路与单片机或微处理器相连，单片机或微处理器发出指令控制线路选择开关电路选择正向连接与反向连接。

所述线路选择开关电路包括电子开关或继电器开关。

所述AD转换器为高精度AD转换器。

本实用新型的技术效果如下：