一种导磁性索的高精度索力测试仪的制作方法

一种导磁性索的高精度索力测试仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种钢棒、钢拉杆、钢索的实时索力监测设备，尤其涉及一种导磁性索的高精度索力测试仪。
【背景技术】
[0002]随着建筑、道路、桥梁、水利等各建筑工程领域的不断发展，工程安全成了未来发展的重点关注和重视的领域。而安全检测及监测以及由此提供的预警信息无疑是未来发展的重中之重。
[0003]传统的索力测试，使用振动法测试，即在两端固定的索的1/2长度点安装一个加速度传感器。索在风荷载等自然激励下产生振动，由于索的两端固定，所以加速度传感器拾取的一阶频率等于索的自振频率，通过自振频率和索的边界条件就可以反算出索力。
[0004]这种索力测试方法缺点鲜明:
[0005]I)需要边界条件清晰:索在实际应用中一般有两种形式:一种索体两端固定在刚性结构上，例如系杆拱桥、斜拉桥中的索，两端固定在桥面板和钢拱圈上或是桥面板和索塔上，这种索体可以使用振动法测试；另一种索体两端不固定在刚性结构上，例如空间网架、索网幕墙、张弦梁等空间结构体系，这种结构体系，索体两端的边界条件并不确定，用振动法是无法计算出索力的。
[0006]2)振动法由于是通过加速度推算频率，再通过频率推算索力，计算步骤复杂，而且在加速度推算频率的过程中容易受到3次谐波的干扰，数据处理存在一定难度。
[0007]因此传统索力测试方法有其致命的局限性。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的:提供一种导磁性索的高精度索力测试仪，能实时测量索力绝对值，可以对索体进行实时监测，解决了工程监测中的重大技术难题。
[0009]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是:
[0010]一种导磁性索的高精度索力测试仪，包括低噪声电源管理装置、升压装置、降压装置、线性调压装置、磁通量传感器、MOS管、两个差分运算放大器、两个模数转换器、中央处理器、485隔离电路、网卡及SD卡存储器；所述的升压装置的一端与所述的降压装置的一端连接，所述的降压装置的另一端与所述的线性调压装置的一端连接；所述的磁通量传感器呈环形结构，所述的磁通量传感器套置在被测索体上，所述的磁通量传感器的一侧两端分别与所述的线性调压装置的另一端、MOS管的一端及其中一个所述的差分运算放大器的一端连接，所述的MOS管的另一端接地，所述的磁通量传感器的另一侧两端分别与另一个所述的差分运算放大器的一端连接；所述的两个差分运算放大器的另一端分别与所述的两个模数转换器的一端对应连接，所述的两个模数转换器的另一端分别与所述的中央处理器对应连接，所述的485隔离电路、网卡、SD卡存储器的一端分别与所述的中央处理器连接，形成测试仪本体；所述的低噪声电源管理装置的输出端与所述的测试仪本体连接，所述的低噪声电源管理装置的另一端接地。
[0011]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的网卡为10/100Mb/S自适应工业级芯片 DP83848I_PT_48。
[0012]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，还包括看门狗，所述的看门狗与所述的中央处理器连接。
[0013]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的升压装置为LM2586稳压器。
[0014]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的降压装置为LM2596开关型集成稳压芯片，所述的降压装置的可调电压为33V、25V、15V及9V，所述的降压装置内含固定频率振荡器、基准稳压器、保护电路、电流限制及热关断电路。
[0015]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的线性调压装置为TPS7A4701
稳压器。
[0016]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的差分运算放大器为AD8139放大器。
[0017]上述的导磁性索的高精度索力测试仪，其中，所述的模数转换器为AD7641芯片。
[0018]本实用新型中被测索体不需要明确边界条件，几乎只要是导磁性索就可以使用，应用范围特别广泛；各个原件耐久性能好，可以长期野外使用；采用18位精度高速AD，精度高测量准确；采用工业级磁耦合隔离485专用芯片，隔离电压高达5000V，可抵抗15kV静电干扰；采用10/100Mb/s自适应工业级网卡芯片，无错传输可达150米。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型一种导磁性索的高精度索力测试仪的连接框图。
[0020]图2是本实用新型一种导磁性索的高精度索力测试仪的测试方法的流程图。
【具体实施方式】
[0021]以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。
[0022]请参见附图1所示，一种导磁性索的高精度索力测试仪，包括低噪声电源管理装置1、升压装置2、降压装置3、线性调压装置4、磁通量传感器5、MOS管6、两个差分运算放大器7、两个模数转换器8、中央处理器9、485隔离电路10、网卡11及SD卡存储器12 ;所述的升压装置2的一端与所述的降压装置3的一端连接，所述的降压装置3的另一端与所述的线性调压装置4的一端连接；所述的磁通量传感器5呈环形结构，所述的磁通量传感器5套置在被测索体上，所述的磁通量传感器5的一侧两端分别与所述的线性调压装置4的另一端、MOS管6的一端及其中一个所述的差分运算放大器7的一端连接，所述的MOS管6的另一端接地，所述的磁通量传感器5的另一侧两端分别与另一个所述的差分运算放大器7的一端连接；所述的两个差分运算放大器7的另一端分别与所述的两个模数转换器8的一端对应连接，所述的两个模数转换器8的另一端分别与所述的中央处理器9对应连接，所述的485隔离电路10、网卡11、SD卡存储器12的一端分别与所述的中央处理器9连接，形成测试仪本体；所述的低噪声电源管理装置I的输出端与所述的测试仪本体连接，所述的低噪声电源管理装置I的另一端接地。
[0023]485隔离电路10和网卡11可以控制本实用新型的各种参数，并可实时获取数据。所述的网卡11为10/100Mb/s自适应工业级芯片DP83848I_PT_48，无错传输可达150米。
[0024]还包括看门狗13，所述的看门狗13与所述的中央处理器9连接。可以在中央处理器9电路缓存拥堵、假死时自动复位，保证本实用新型长时间连续工作，而不出现宕机。
[0025]所述的升压装置2为LM2586稳压器，是专为回扫、升压和正激转换器应用而设计的单片集成电路，可选3.3v/5.0v/12v和电压可调。
[0026]所述的降压装置3为LM2596开关型集成稳压芯片，所述的降压装置3的可调电压为33V、25V、15V及9V，所述的降压装置3内含固定频率振荡器(150KHZ)和基准稳压器(1.23v),并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。
[0027]所述的线性调压装置4为TPS7A4701稳压器，内置正电压，超低噪声RF低压降(LDO) 稳压器，此稳压器能够提供IA的负载供电。
[0028]所述的差分运算放大器7为AD8139放大器，是一款超低噪声、高性能差分放大器，提供轨到轨输出。它具有低噪声、高SFDR和宽带宽特性，因而成为驱动最高18位分辨率ADC的理想之选。
[0029]所述的模数转换器8为AD7641芯片。此芯片具有18位精度、2 MSPS,电荷再分配SAR型、全差分模数转换器(ADC)，采用2.5V单电源供电。该器件内置一个18位高速采样ADC、一个内部转换时钟、一个内部基准电压源缓冲、纠错电路，以及串行和并行系统接口端
□ O
[0030]低噪声电源管理装置I 可提供 12.7 μ VRMS (20Hz to 20kHz) + 5V，+ 12V，+ 24V低噪声电源，电源输入噪声抑制可达72dB(120Hz)，彡52dB (1Hz to 400kHz)，可保证系统有纯净的供电环境。
[0031]请参见附图2所示，一种导磁性索的高精度索力测试仪的测试方法，该方法至少包括如下步骤:
[0032]步骤1:所述的低噪声电源管理装置I输入24V3A电源。
[0033]步骤2:所述的升压装置2将所述的24V3A电源升高到35V2A电源。
[0034]步骤3:所述的降压装置3将所述的35V2A电源下降到33V\25V\15V\9V可调电压，并输入所述的线性调压装置4。
[0035]步骤4:在所述的中央处理器9中输入被测索体的直径、长度、材料性能，所述的中央处理器9计算出应该使用的激励电压，并存储此配置信息。
[0036]步骤5:所述的中央处理器9计算出的激励电压输入到所述的磁通量传感器5的激励线圈，产生激励电流。
[0037]步骤6:所述的激励电流经过其中一个所述的差分运算放大器7放大滤波后，输入其中一个所述的模数转换器8。
[0038]步骤7:其中一个所述的模数转换器8将模拟信号转化成数字信号后，输入所述的中央处理器9，精确监测激励电流。
[0039]步骤8:所述的磁通量传感器5的激励线圈产生磁场，并对被测索体进行励磁，与此同时，所述的磁通量传感器5的感应线圈，产生感应电压。
[0040]步骤9:所述的感应电压经过另一个所述的差分运算发达器7放大滤波后，输入另一个所述的模数转换器8，所述的模数转换器8将模拟信号转化成数字信号后，输入所述的中央处理器9，精确监测感应电压。
[0041]步骤10:所述的中央处理器9通过对激励电流和感应电压以及被测索体的配置信息进行计算，精确计算出实时索力。
[0042]步骤11:所述的SD卡存储器12可以存储所述的中央处理器9中实时计算出的索力值。
[0043]中央处理器9选用STM32F407 32位Cortex_M4架构ARM核，带FPU，和DSP指令，可进行硬件浮点计算，最高主频达168MHz。
[0044]综上所述，本实用新型中被测索体不需要明确边界条件，几乎只要是导磁性索就可以使用，应用范围特别广泛；各个原件耐久性能好，可以长期野外使用；采用18位精度高速AD，精度高测量准确；采用工业级磁耦合隔离485专用芯片，隔离电压高达5000V，可抵抗15kV静电干扰；采用10/100Mb/s自适应工业级网卡芯片，无错传输可达150米。
[0045]以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:包括低噪声电源管理装置、升压装置、降压装置、线性调压装置、磁通量传感器、MOS管、两个差分运算放大器、两个模数转换器、中央处理器、485隔离电路、网卡及SD卡存储器；所述的升压装置的一端与所述的降压装置的一端连接，所述的降压装置的另一端与所述的线性调压装置的一端连接；所述的磁通量传感器呈环形结构，所述的磁通量传感器套置在被测索体上，所述的磁通量传感器的一侧两端分别与所述的线性调压装置的另一端、MOS管的一端及其中一个所述的差分运算放大器的一端连接，所述的MOS管的另一端接地，所述的磁通量传感器的另一侧两端分别与另一个所述的差分运算放大器的一端连接；所述的两个差分运算放大器的另一端分别与所述的两个模数转换器的一端对应连接，所述的两个模数转换器的另一端分别与所述的中央处理器对应连接，所述的485隔离电路、网卡、SD卡存储器的一端分别与所述的中央处理器连接，形成测试仪本体；所述的低噪声电源管理装置的输出端与所述的测试仪本体连接，所述的低噪声电源管理装置的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的网卡为10/100Mb/s 自适应工业级芯片 DP83848I_PT_48。
3.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:还包括看门狗，所述的看门狗与所述的中央处理器连接。
4.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的升压装置为LM2586稳压器。
5.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的降压装置为LM2596开关型集成稳压芯片，所述的降压装置的可调电压为33V、25V、15V及9V，所述的降压装置内含固定频率振荡器、基准稳压器、保护电路、电流限制及热关断电路。
6.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的线性调压装置为TPS7A4701稳压器。
7.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的差分运算放大器为AD8139放大器。
8.根据权利要求1所述的导磁性索的高精度索力测试仪，其特征在于:所述的模数转换器为AD7641芯片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种导磁性索的高精度索力测试仪，包括低噪声电源管理装置、升压装置、降压装置、线性调压装置、磁通量传感器、MOS管、两个差分运算放大器、两个模数转换器、中央处理器、485隔离电路、网卡及SD卡存储器。本实用新型中被测索体不需要明确边界条件，几乎只要是导磁性索就可以使用，应用范围特别广泛；各个原件耐久性能好，可以长期野外使用；采用18位精度高速AD，精度高测量准确；采用工业级磁耦合隔离485专用芯片，隔离电压高达5000V，可抵抗15kV静电干扰；采用10/100Mb/s 自适应工业级网卡芯片，无错传输可达150米。
【IPC分类】G01L5-00
【公开号】CN204612849
【申请号】CN201520305876
【发明人】张少荃, 张韵秋
【申请人】上海同磊土木工程技术有限公司, 上海涨韵电子科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月13日