[实用新型]一种基于LVDT传感器的数值测量系统

说明书

本实用新型揭示了一种基于LVDT传感器的数值测量系统，包括恒频恒幅信号发生单元、通道选通及LVDT驱动单元、真有效值快速采样单元和微处理器单元，所述恒频恒幅信号发生单元的输出端与所述通道选通及LVDT驱动单元的输入端连接，所述通道选通及LVDT驱动单元的输出端与所述真有效值快速采样单元的输入端连接，所述真有效值快速采样单元的输出端与所述微处理器单元的输入端连接，所述微处理器单元的输出端与所述通道选通及LVDT驱动单元的输入端连接。

技术领域

本实用新型属检测仪器制造领域，涉及到一种基于LVDT传感器的数值测量系统。

背景技术

目前，在工程建筑、桥梁、水库大坝等领域广泛应用着一种称为振弦式的应变传感器。振弦式应变传感器以其结构简单，抗干扰能力强的优点，尤其在岩土工程领域得到了普遍应用。

然而，振弦式应变传感器也因其明显的技术缺陷成为了引起业界广泛争论的议题。以拉紧的金属弦作为敏感元件的振弦式应变传感器，当弦的长度确定后，其固有振动频率的变化量即可表证弦所受拉力的大小，通过一定的换算可得到频率与受力间的一定关系。随着对振弦式应变传感器不断深入研究分析，结合在工程中应用的实际失效案例，振弦式应变传感器其固有的物理缺陷也逐渐被揭示出来：1、振弦式应变传感器不适宜使用于长期监测。众所周知，任何物体在受到外力作用时都将发生变形；同时，任何物体在温差发生变化的情况下都会发生涨缩现象，振弦式应变传感器也无例外地受到上述因素影响。振弦式应变传感器的振弦是被拉紧并固定在两端弹性膜片上，因此，振弦的两端均受到一定的张力和重力的叠加影响；振弦不可避免地将发生形变。被拉紧的振弦其内部分子间或离子间的相对位置将发生蠕动变化，同时产生原子间及分子间的附加内力以抵消外力，并试图恢复到形变前的状态。达到平衡时，附加内力将与所受外力大小相等，方向相反。就理论而言，在载荷条件下，理想的单晶体金属材料的内应力在弹性极限范围内不会发生永久性塑变。然而，由于实际使用的金属材料属于多晶结构，因而存在着大量内部晶体缺陷；在温差变化不大的场合，由于晶体位相差异以及原子的近程扩散作用，材料将发生微观塑变；当温差增大时，材料内部将出现原子长程扩散及晶格位错滑移趋向剧烈的现象，随着时间的推移，微观塑变的不断累积将演化为宏观塑变。金属在弹性应力范围内会产生微观塑变，可以从晶体内位错近程滑移、溶质原子定向溶解、定向空位流、晶体滑动等机理而获得成功解释。发生在金属丝上的物理机理同样也会发生在振弦式应变传感器中两端绷紧的振弦上。2、振弦式应变传感器温度效应严重。由于振弦式应变传感器的线热膨胀系数与材料、机械加工精度、形状等关联，因而，使用前，需要对振弦式应变传感器进行单体标定和补偿。3、振弦式应变传感器不适于使用在复杂变形的测量场合。依据材料力学及弹性力学钢体在受到外力作用时发生形变但体积不变理论，如果钢体在受到压力时轴向将发生压缩形变，但遵循体积不变原理，径向方向必然会发生膨胀形变，径向膨胀的效果与钢体的形状、材料有关，因此，径向膨胀变化是沿轴向的分布函数。如果轴向变化的分布函数不均匀，那么装在钢体上振弦式应变传感器中的振弦将会发生扭曲现象，这可以折合成轴向的附加外力，导致振弦式应变传感器的测量不准确。因此，在使用振弦式应变传感器作工程应力等检测中屡有失效就不足为奇了。

在各种建筑工程中对应变及应力的监测是十分重要的测量指标，通过对建筑工程中所使用的各种材料、基坑围护中所使用的各种支撑在受力状况下应变或者应力精确测定，客观地反映建筑构件在受力状况下的真实情况，为工程施工及使用运行过程提供可靠、准确的数据，因此，研究开发一种精度高、与径向变化无关、温度系数小、自动化程度高(无需人工干涉)、数据交互便利的多通道自适应自定标高精度LVDT数据采集系统及其测量方法是十分必要的。

实用新型内容

理想的工程微应变监测系统应该是：1、测量数据精确可靠，2、为用户提供便利的信息交互方式，3、原则上无需人工干预监测系统的能量供应，4、柔顺的监测频度设置。