[实用新型]一种振弦式传感器工作性态在线测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种振弦式传感器工作性态在线测试装置。

背景技术

振弦式传感器系统的基本组成部分包括传感器、信号电缆及读数仪表。其中，传感器一般由一个可以振动的钢弦、激振线圈以及固定端组成。线圈两端通过信号电缆引出，见图3。

传感器所测物理量如应力、压强等可改变钢弦固有自振频率，可由读数仪表通过信号电缆连接传感器进行测量。一般是读数仪表首先通过信号电缆在传感器线圈两端施加一个激振信号，传感器内钢弦受迫振荡，并于停止施加激振信号后继续阻尼振荡。此时钢弦的机械振荡通过线圈转化为感应电信号，通过电缆回传至读数仪。通过读数仪对信号计频，即可测得钢弦的自振频率。一般该频率的范围是500～5000Hz，相应信号电压幅度在1mV左右，而激振信号电压幅度一般在5V以上。

振弦式传感器在安装过程中或使用一段时间后，传感器或信号电缆均有可能受损造成传感器无法正常工作，或是读数不正确。目前一般是通过重复读数的稳定性来评价传感器的测值可靠性，但读数稳定性一般仅能反映偶然误差的大小，而不能反映准确度，因而靠重复读数的方法并不能全面评价传感器的精确度，同样也不能判断读数的变化是否准确反映了真实的物理量变化。因此在实践当中，读数发生变化时，往往会使分析人员难以在物理量真实变化与传感器失效之间做出准确的判断。

除了采用重复读数的方法外，现有技术还利用通用万用表来测试线圈及电缆的总直流电阻以判断传感器系统直流通路的好坏，进而给出电缆或线圈是否断线的结论，见图4。但该方法仍有局限性，原因在于，振弦式传感器是以交流的频率信号代表物理量，而电阻并不是制约读数精度的决定性因素。例如对一般的振弦式传感器，线圈电阻在300Ω左右，电缆的电阻可以在0~1000Ω的范围内变化而传感器仍能正常工作。实践中除非测试到电阻在100kΩ以上，可以明显确定是断线故障，在电阻值不是明显异常的情况下，使用万用表无法给出仪器工作是否正常的确切结论；另一方面，万用表仅能测出直流电阻，而频率信号的衰减是与交流阻抗相关，直流电阻不能完全代表电缆传输信号的性能，容易造成误判。因此在实际使用万用表测试时，有些仪器的电阻很大，但仍读数正常，而有些电阻测值正常的仪器却无法读数，无法准确判断仪器是否失效，更无法实现在接入读数仪的情况下进行在线测试。

理论上还可以使用通用示波器和频谱仪在线观察读数仪激振信号与感应信号的波形和频谱，但前已述及，传感器的感应信号电压幅度仅为1mV，线路上不但存在高达5V的激振信号，且夹杂大量干扰信号，在无法排除上述信号的情况下，直接使用示波器和频谱仪难以观察到传感器的感应信号波形或频谱。因而实践中无法使用示波器或频谱仪在线检测振弦式传感器的工作状态，只能通过读数仪内置波形或频谱测量功能，在不施加激振信号时测量感应信号，然而这种方式破坏了检测的独立性原则，无法排除读数仪故障造成的测量问题，对于很多场合，例如读数仪厂家和型号已经确定，或者传感器接入的是具有多路读数能力的自动化采集系统，也不允许更换读数仪或采集系统来检测传感器。传统的传感器状态评价手段主要依靠重复读数，以读数的稳定性来推测传感器状态的好坏。这种方法有很大局限性，因为读数稳定性一般仅能反映测量偶然误差的大小，而不能反映测量准确度，读数稳定不是传感器测量准确的充分条件；另一方面由于物理量变化也能引起读数变化，读数稳定也不是传感器测量准确的必要条件，因而发现读数不稳时往往难以区分是传感器性能变差造成还是发生了真实的物理量变化。采用传统万用表测量传感器线圈或线路的电阻，需通过万用表内部电流源形成测量回路，而读数仪工作时会输出激振信号，因此使用万用表测电阻时读数仪无法正常工作，无法实现在线测量。

目前，检测振弦式传感器的工作状态缺乏直接有效装置，造成传感器状态评价困难。2013年生效的行业标准《DL/T1271—2013钢弦式监测仪器鉴定技术规程》，提出了对传感器的鉴定方法，但仍是基于传感器系统内的读数仪表的测量成果进行分析，这种依靠系统内组件的测量数据来评价整个系统状态的方法具有很大的局限性，容易受系统内各组件间的影响而造成误判，缺乏能够独立、直接地获取反映系统工作性态的独立定量指标的方法。

因此，面对数量越来越庞大的已安装传感器，急需一种客观、准确、独立、直接的测试手段，用于评价振弦式传感器的工作性态。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种振弦式传感器工作性态在线测试装置。