[发明专利]差动电阻式传感器的测量方法和装置

说明书

技术领域

本发明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方法和装置。

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R1=ρ×L+ΔLs,R2=ρ×L-ΔLs.]]>另设两根钢丝的初始电阻值为R，则即R＝(R₁+R₂)/2。因此：F=K×ΔR2×R=K×R1-R2R1+R2=K×R1/R2-1R1/R2+1.]]>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。