[实用新型]一种基于电压补偿的应变采集系统

说明书

技术领域

本专利涉及土木工程安全监测领域，特别是一种基于电压补偿的应变采集系统。

背景技术

土木工程安全监测领域中的桥梁应变采集系统，需要对桥梁的桥墩、梁柱、伸缩带等部位进行应变数据的采集。桥梁应变采集系统中主要是采集桥式电路的应变片数据，应变片的位置距离采集系统距离从几米至几百米，而且所采用的电缆线材料有差异，电源的线路上会产生一定的电阻，导致采集系统的电源电压在线路上有所下降，这样在应变片电源端电压会小于采集端的电压，由此会导致数据会出现很大的偏差。为减少这种偏差，现有技术中，有的采用增强电源驱动能力的模式，这种方式能够增加在远端应变的电源电压，但仍与标准电源值有误差；有的在现场测量应变电源端的电压，然后将其作为应变电路的电源值，这种方式需要对每个应变电源端进行电压测量和记录，且需要人工维护，自动化程度不高。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种基于电压补偿的应变采集系统，该基于电压补偿的应变采集系统结构简单，数据采集精度高。

实用新型的技术方案如下：

一种基于电压补偿的应变采集系统，包括设置在数据采集端的数据采集器、第一电压跟随器、第二电压跟随器和基准电源，还包括设置在现场端的应变传感器；

应变传感器的一端通过第一电压跟随器接基准电源的正电压端；应变传感器的另一端通过第二电压跟随器接基准电源的地；应变传感器的信号输出端接数据采集器。

所述的应变传感器为具有应变电阻的桥式应变电路。

第一电压跟随器和第二电压跟随器均为基于运算放大器的电压跟随器。

有益效果

本实用新型针对于应变测量现场线路过长，电源电压不稳定的现象，提出的一种基于电压补偿的应变采集系统，采用电压跟随器保障桥式应变电路的2个供电端的电源与基准电源的电压一直，电压跟随器基于反馈原理，在反馈端电压发生变化时，电压跟随器实时对输出电压进行调整，从而保证桥式电路的电源端电压与基准电压相同，减少了由于电源长线驱动能力不足而带来的测量误差，提高应变数据采集的准确度和精度。通过采用常用的屏蔽线和电压跟随器，整个系统结构简单、实用，效果明显。

附图说明

图1是本实用新型的基于电压补偿的应变采集系统的结构示意图。

标号说明：R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-应变电阻，U1-第一运算放大器，U2-第二运算放大器，Vo为应变桥的输出电压。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种基于电压补偿的应变采集系统，包括设置在数据采集端的数据采集器、第一电压跟随器、第二电压跟随器和基准电源，还包括设置在现场端的应变传感器；应变传感器的一端通过第一电压跟随器接基准电源的正电压端；应变传感器的另一端通过第二电压跟随器接基准电源的地；应变传感器的信号输出端接数据采集器。所述的应变传感器为具有应变电阻的桥式应变电路。第一电压跟随器和第二电压跟随器均为基于运算放大器的电压跟随器。

数据采集器选用ARM7TDMI-S CPU的微控制器。

该系统在使用过程中，通过运算放大器将桥式电路的输入电源正端电压即反馈电压与基准电源电压进行比较，当传输线过长，其等效电阻造成远端电压下降时，若反馈电压小于基准电源电压，则增加电源的驱动能力，使之达到基准电源电压值，使远端电桥输入电源电压保持与基准电源一致的电源电压；同样通过运算放大器将桥式电路的输入电源负端即反馈电压与接地电压进行比较，当传输线过长，其等效电阻造成远端电压变化时，则电压跟随器随之改变输出电压，使远端电桥输入电源负端电压保持与接地电压一致。通过这种远端电源采集和反馈的模式，使得远端桥式电路的电源电压达到稳定值，保证应变数据采集的正确性和精度。数据采集器采集到电源稳定后的数据，通过模数转换单元进行转换，得到应变电阻的阻值，最终得到桥梁应变数据。

若基准电压稳定性高，则桥式电路的输出就能够精确反映应变电阻的变化，数据采集器采集到该信号后，经换算就可以得到应变电阻的精确变化值，从而保证桥式电路测量的准确性。采用具有足够驱动能力的电源驱动芯片，如AD780，即便是在远端电压下降时，使得基准电源电压保持不变。

在该系统中运算放大器特性要求低漂移、低偏置、低噪声，进一步保证桥式电路应变测量的精度，在本实施例中选取LM258。

为了使得采集数据精度更高，在本实例中模数转换单元选择24位采样芯片ADS1246，其自带1至128倍的放大器。