[实用新型]差动电容式仪器的测量装置

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容式仪器的测量装置。

背景技术

在岩土工程的安全监测领域中，差动电容式仪器是一种比较独特的安全监测仪器类型，一般用于实现静力水准系统的沉降测量、垂线位移测量、引张线位移测量、双金属标变形监测等物理量的监测，在安全监测工程中有较多的应用。

差动电容式仪器一般由一对参数对称的配对电容（定义为C₁和C₂）作为传感器的敏感元件，这对配对电容具有这样的属性，当被测物理量F发生变化时，假设变化量为△F，其中的一个电容C₁的容值将增加△C，与之相对应的是另一个电容C₂的容值变小△C，C₁与C₂的电容的变化差值为2△C，由于在测量范围内△F与2△C存在线性关系，即△F是2△C的单一函数，故通过测量2△C就可以获得被测物理量F的变化规律，从而分析判断岩土工程的健康安全状况。

从测量原理上讲，差动电容式传感器的测量电路非常简单，是将交流信号转化为直流信号，并使用欧姆定律通过电容两端的直流输出信号U₀与交流激励信号U_0i之间的电压幅度比值关系就能实现对电容值△C的直接测量。如但实际上由于△C的数值非常小（一般在几十PF这个数量级），测量电路的任何环节引入的干扰都会导致测值不准确，如导线的分布电容、元器件的噪声等。因此，差动电容式仪器的高精度、高可靠性测量是比较难以实现的。

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和可靠性是首要任务。因此，很有必要针对差动电容式仪器的电气特点，设计一种全新的测量系统，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容式仪器由于干扰因素的影响无法获得高精度和高可靠性测量结果的问题，提供一种新型的差动电容式仪器的测量装置，该装置通过FFT技术能够有效地克服各种干扰对差动电容仪器的测量结果的影响，确保差动电容式仪器获得高精度测量结果。

本实用新型的技术方案如下：

一种差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，包括交变激励信号发生器、线路选择开关电路、AD转换器和数字信号处理器，所述交变激励信号发生器产生固定频率固定幅度的交变激励信号后通过线路选择开关电路将所述交变激励信号施加在差动电容式仪器的两端实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，差动电容式仪器的中间极板的输出端依次连接AD转换器和数字信号处理器，将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号通过AD转换器进行信号采集，再由数字信号处理器进行FFT频谱分析并分别提取出幅度最大值，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。

所述交变激励信号发生器包括微控制器和DA转换器，所述微控制器输出按一定规律编排的数值序列并控制DA转换器输出固定频率固定幅度的交变激励信号。

所述线路选择开关电路包括由微控制器控制的电子切换开关，所述微控制器控制电子切换开关的状态实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励。

还包括信号放大器和低通滤波器，所述差动电容式仪器的中间极板的输出端先依次经过信号放大器和低通滤波器后再连接AD转换器，以将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号进行信号放大和低通滤波处理后再通过AD转换器进行信号采集。

所述数字信号处理器与微控制器相连，所述数字信号处理器将FFT频谱分析后分别提取出的幅度最大值输入至微控制器，微控制器将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。

所述微控制器为单片机。

所述AD转换器为高精度高速AD转换器。

本实用新型的技术效果如下：