[发明专利]一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器及其检测方法

权利要求书

1.一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，包括两端被固定在膜片上的钢弦(1)以及设置在所述钢弦(1)正下方的线圈(2)，其特征在于：所述线圈(2)并联连接有用于监测所述钢弦(1)的环境温度的复合标签(4)，所述线圈(2)和所述复合标签(4)的并联连接端通过1Wire信号线(5)连接有读数仪(3)；

所述复合标签(4)由温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联组成，所述温度传感器(41)和1Wire芯片(42)并联后的两个引脚分别与所述线圈(2)的两端并联形成两个1Wire端口，两个所述1Wire端口分别通过1Wire信号线(5)与所述读数仪(3)连接，所述读数仪(3)通过所述1Wire信号线(5)与所述线圈(2)、温度传感器(41)和1Wire芯片(42)进行双向数据传输；

所述线圈(2)所在电路串联连接有二极管D1，所述复合标签所在电路串联连接有二极管D2和电阻R1，且所述复合标签的两端并联连接有稳压二极管D3，所述二极管D1和所述二极管D2的连接方向相反；

所述读数仪(3)包括微处理器单元(31)，与所述微处理器单元(31)连接的线路切换器(32)、以及与所述微处理器单元(31)连接的频率测量电路(33)和温度测量电路(34)，所述频率测量电路(33)和温度测量电路(34)通过所述线路切换器(32)与所述1Wire信号线(5)连接；

所述温度测量电路(34)用于识别所述温度传感器(41)的输出数据且读取所述1Wire芯片(42)存储的关于所述温度传感器(41)和所述钢弦(1)的参数信息；

所述频率测量电路(33)用于识别所述线圈(2)的输出数据；

还包括二线制振弦传感器的检测方法，包括如下步骤：

步骤100、制作二线制振弦传感器，将复合标签内置与振弦传感器的内部，振弦传感器复合标签使用两个二极管D1和D2将两路极性进行隔离，利用连接测线A、B构成了双极性并联电路；

步骤200、接入读数仪，且利用读数仪在复合标签的存储芯片内标定频率-物理量参数和温度-物理量参数，所述温度-物理量参数具体为钢弦的热膨胀系数，所述频率-物理量参数具体为钢弦弹性模量、钢弦截面积、钢弦的长度和材料密度；

步骤300、定时读取所述振弦传感器监测到的频率数据，以及所述复合标签监测的温度数据，并且计算温度校正后的所述振弦传感器的应力变化，包括：

启动微处理单元MCU控制的四个线路切换器，实现测量线路选择和正负极切换功能；

微处理单元MCU控制线路切换器将连接测线A、B切换至温度测量电路，微处理单元MCU控制所述温度测量电路检测连接的复合标签，并读取复合标签的温度值和内部存储的传感器基本信息；

微处理单元MCU控制线路切换器将连接测线A、B切换至频率测量电路，且微处理单元MCU控制频率测量电路检测连接的振弦传感器线圈，并向线圈发送激励信号并读取线圈的返回信号得到频率值；

将得到的复合标签的温度值、内部存储的传感器基本信息以及频率值代入钢弦的应变公式内，计算排除环境温度对频率造成影响的钢弦应变值；

排除环境温度对频率造成影响的钢弦的应变公式为：

其中ρ为钢弦密度，L为钢弦长度；E为钢弦弹性模量；A为钢弦截面积；

f₀为传感器未受力时的初始频率值，f为受力后的频率值；

Δt为温度改变量，α为热膨胀系数。

2.根据权利要求1所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述读数仪(3)通过所述1Wire信号线(5)具有数据读取功能和数据发送功能，所述读数仪(3)向所述线圈(2)发出激励信号以监测所述钢弦(1)的应力变化，且所述读数仪(3)用于读取所述线圈(2)发送的信号以及读取所述温度传感器(41)和1Wire芯片(42)的数据信息。

3.根据权利要求2所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述温度传感器(41)用于实时监测所述钢弦(1)所处的环境温度，且所述1Wire芯片(42)用于存储所述温度传感器(41)以及所述钢弦(1)的参数信息。

4.根据权利要求1所述的一种带有温度检测功能的二线制振弦传感器，其特征在于：所述1Wire芯片(42)的电源引脚短接到所述温度传感器(41)的接地引脚，且所述接地引脚短接后作为整个所述复合标签(4)的标签负极，所述温度传感器(41)的数据管脚作为整个所述复合标签(4)的标签数据引脚；

所述标签负极和所述标签数据引脚分别与所述线圈(2)的两端并联且分别形成两个1Wire端口。