[发明专利]用于测量振动物体频率的系统和方法

说明书

背景技术

技术领域

本发明通常涉及传感器。更具体地，本发明的实施方案涉及振弦测量仪。

相关技术

振弦测量仪广泛地用于各种应用中，包括在包含建筑物、桥梁、坝、桩、隧道衬砌、管道、锚等在内的许多建筑项目中测量各种性能和力的大小。该测量仪已经适于监测应力、应变、挠度、压力、位移、液位、角运动和温度。虽然进步的技术已经产生了其它类型的传感器，但是由于该传感器的长期可靠性，振弦测量仪经常被认为是用在许多装置中的最佳传感器。

振弦测量仪通常基于振弦原理工作，该原理规定，当弦被拨动时以其共振频率振动。共振频率由下式确定：

v=n2lσμ]]>

其中，υ是以周期/时间计的频率，n是基本(非谐振的)振动模式的1个周期，l是弦的长度，σ是以力/面积计的弦张力(或应力)，且μ是以质量/长度计的弦的长度密度。测量仪可以构建为使得弦在焊接或以其它方式附接到结构构件的小直径、薄壁管中保持张力。电磁线圈可以用于拨动或激励弦并测量振动频率。然后，通常通过采用一系列校准因子，将频率用于计算任意数目的结构构件的物理性质。

在常规的系统中，利用频率的宽频谱来激励弦，并且测量弦的共振频率。在可采取二次测量之前，在允许或迫使弦停止振动之后，对弦进行二次激励。当需要连续采取振弦的多种测量时，这种时间延迟可能是不理想的。

本文中要求保护的主题并不限于解决任意缺点的实施方案或只在上述那些环境中工作的实施方案。相反地，该背景仅仅提供为示出可以实施本文中所描述的一些实施方案的一个示范性技术领域。

发明内容

提供发明内容部分是为了介绍以下在具体实施方案部分中进一步描述的简化形式的概念的选择。发明内容部分并非旨在确定要求权利的主题的关键特征或基本特性，也非旨在帮助确定要求权利的主题的范围。

公开了一种用于测量振弦测量仪中的弦的频率的系统。该系统包括：用于产生其频率与弦的频率相匹配的信号的信号发生器和用于激励弦以增加弦的振幅的激励单元。信号发生器可以控制信号的振幅，并且由此控制弦的振幅。激励单元可以利用信号激励弦。所述系统可以进一步包括用于控制何时将信号发送到激励单元的信号门。在一些实施方案中，所述信号可以产生为具有与弦的相位相匹配的相位。

在一些实施方案中，所述系统可以进一步包括用于确定弦的频率和相位的频率测定仪。在一些实施方案中，所述系统可以进一步包括数据控制器，其用于接收和存储弦来自频率测定仪的频率，并指示信号门向激励单元发送信号。信号门可以在信号的周期期间的任意时刻向激励单元发送信号。信号门也可以控制发送到激励单元的信号的周期数，以由此控制弦的振幅。另外，信号门可以间歇地向激励单元发送信号，但是具有足够的再发生(recurrence)以维持弦的持续振动。

在一些实施方案中，所述系统可以进一步包括检测单元，其用于检测弦的运动，并向频率测定仪发送检测信号。信号门可以交替地进行向频率测定仪发送检测信号和向激励单元发送信号两者。此外，检测单元和激励单元可以都包含线圈，并且可以共享同一个线圈。

还公开了一种测量振弦测量仪中振弦的频率的激励系统。该系统可以包括：用于产生与振弦的频率和相位相匹配的激励信号的信号发生器和用于当弦在振弦周期期间的任意时刻振动时激励振弦的激励单元。激励单元可以利用激励信号来激励振弦。激励振弦可以增加振弦的振幅，同时保持振弦的频率和相位。所述系统可以进一步包括用于控制将来自信号发生器的激励信号转发到激励单元的信号门。该信号门可以间歇地转发激励信号，但是具有足够的再发生以维持弦的持续振动。

在一些实施方案中，激励单元包含线圈。线圈可以利用激励信号来激励振弦和检测弦的振动。此外，信号门可以交替地向激励单元中的线圈转发激励信号和转发来自线圈的振动检测信号，该振动检测信号用于计算弦的频率。

系统也可以包括如上所述的多个激励系统和连接到激励系统中的每一个的信号门的数据控制器。该数据控制器可以将时间同步的激励信号发送到信号门中的每一个，以控制激励信号向每个激励系统的激励单元的传递。