[发明专利]用于三个方向位移测量的复合式振弦传感器装置

摘要

本发明公开了一种用于三个方向位移测量的复合式振弦传感器装置，包括检测单元、切换器和设置在待测目标内部的X轴振弦传感头、Y轴振弦传感头、Z轴振弦传感头，所述的X轴振弦传感头、Y轴振弦传感头、Z轴振弦传感头处于相互垂直的三个方向，所述的检测单元用于振弦传感头的激励、拾振和位移测量；检测单元控制切换器按照时序依次与三个传感头相连通，获取待测目标三个方向的位移值。本发明还提供了一种低功耗的振弦式传感器激励检测方式，在实现结构体中全方位位移的测量同时，大大节约了能耗，满足了传感器在无人值守、电池供电条件下的长时间工作要求。

主权项

用于三个方向位移测量的复合式振弦传感器装置，其特征在于：包括检测单元、切换器和设置在待测目标内部的X轴振弦传感头、Y轴振弦传感头、Z轴振弦传感头，所述的X轴振弦传感头、Y轴振弦传感头、Z轴振弦传感头处于相互垂直的三个方向，每个振弦传感头分别包括独立的振弦、线圈和壳体；所述的检测单元用于振弦传感头的激励、拾振和位移测量；检测单元控制切换器按照时序依次与三个传感头相连通，获取待测目标三个方向的位移值；所述的检测单元包括激励电路单元、拾振电路单元和处理单元；所述的激励电路单元通过线圈为振弦起振提供电信号；所述的拾振电路单元通过线圈获取振弦的频率信号；所述的处理单元包括预振模块、复振模块、频率检测模块、切换模块和信号处理模块，所述激励电路单元的输出端与预振模块的输入端、复振模块的输入端电联接，所述拾振电路单元的输出端与频率检测模块的输入端电联接，所述预振模块的输出端、复振模块输出端和频率检测模块的输出端分别与信号处理模块电联接；切换模块可根据设定的时序，控制切换器将三个传感头分别与检测单元连通；所述的信号处理模块记录有效的复振频率信号，同时控制传感器的激励检测流程，使传感器在稳态和非稳态两种模式下工作；所述的非稳态工作模式按照预振—预振检测—复振—复振检测步骤进行；所述的稳态工作模式按照直接复振—复振检测步骤进行；所述的检测单元分别控制X轴振弦传感头、Y轴振弦传感头、Z轴振弦传感头按照以下的步骤独立进行频率测量：[1]传感头安装调试完毕后，前n次检测时，信号处理模块控制传感器按照预振—预振检测—复振—复振检测的非稳态模式工作，其中预振的激励信号为脉宽t1的单脉冲电信号，预振检测的频率为Fi，复振的激励信号为振荡频率Fi、脉宽t2的电信号，复振检测频率fi为该次测量的结果，其中n和i均为正整数，i为测量第次；[2]当i>n时，传感器按照直接复振—复振检测的稳态模式工作，其中复振激励信号的脉宽为t2，激励频率Fi按照前n次测量得到频率值的移动平均值取数：Fi＝(fi‑n+……+fi‑2+fi‑1)/n，并获得该次的频率测量结果为fi；[3]如果步骤[2]中检测得到的复振频率超出传感器的工作范围，或者复振信号值弱至难以正常检测，则该次测量无效，传感器按照预振—预振检测—复振—复振检测的非稳态模式工作，否则传感器按照直接复振—复振检测的稳态模式工作；[4]每次测量完毕后，记录该次的测量频率值fi用于后续激励电信号频率的计算。