馬洪連 王明龍 來源：《國外電子元器件》

     摘要：針對采用描索計(jì)測量加載液壓千斤頂上的變力開發(fā)出了一套用于錨索、拱型支架及其它重型荷載的全過程計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用單片機(jī)和一些簡單的外圍電路即可完成對錨索計(jì)的讀數(shù)。文中介紹了它的工作原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能特性和軟件編程。

     關(guān)鍵詞：錨索針

     諧振頻率 通信 檢測

     弦式錨索計(jì)主要用于錨索、巖石錨桿、錨栓或拱形支架的荷載以及其它重型荷載的測量。在一般情況下，用于測量加載液壓千斤頂上的變力、荷載以及錨索桿的長期應(yīng)力變化。

     本文所介紹的錨索計(jì)檢測儀（簡稱錨索儀）采集處理系統(tǒng)采用8032單片機(jī)并配以必要的外圍電路來完成對錨索計(jì)的讀數(shù)，它可通過計(jì)算直接將頻率值、溫度值、受力值以及工程值顯示在20×4液晶顯示器上，另外還有抑制溫漂、數(shù)字濾波、故障報(bào)警、參數(shù)設(shè)定、掉電記憶、64kb數(shù)據(jù)保存和通訊等功能。本系統(tǒng)作為一種便攜式儀表，具有省電、性能價格比高等優(yōu)點(diǎn)�？梢詮V泛應(yīng)用于建筑工程、橋梁建筑、海洋碼頭、水庫工程等領(lǐng)域，具有很好的應(yīng)用價值和推廣價值。

     1 工作原理

     1.1 傳感器諧振頻率的測量

     本儀器采用美國基康公司生產(chǎn)的鋼弦式壓力、拉力傳感器，它優(yōu)于傳統(tǒng)的壓力、拉力傳感器的主要原因在于這種傳感器使用頻率作為輸出信號，所以其抗干擾能力強(qiáng)、誤差小，可在較惡劣的環(huán)境下工作。

     鋼弦式傳感的基本結(jié)構(gòu)是在一個園柱形金屬筒內(nèi)的兩端接兩個連接塊，其中一個連接塊是固定位置的，另一個連接塊的位置是隨著受力的大小而可動的。在兩個連接之間接有一條鋼弦（振弦），當(dāng)外力不同時，其鋼弦的松緊不同，因而其共振頻率會發(fā)生變化。我們可以施加脈沖信號到傳感器內(nèi)的激勵線圈，以引起鋼弦的共振，當(dāng)測出其共振頻率后，再結(jié)合相應(yīng)的有關(guān)系數(shù)應(yīng)可計(jì)算出傳感器受力的大小。

     這種傳感器精度較高，環(huán)境溫度對傳感器有一定的影響，故在其內(nèi)還封裝了一個熱敏電阻以檢測和控制溫度。

     工作時，錨索儀先向描索計(jì)中傳感器的激勵線圈發(fā)送一串覆蓋了一定頻率段的不同頻率的脈沖信號，這些脈沖信號傳感器中的振弦被激勵并檢測線圈在激勵脈沖控制下隨外界壓力的變化，這些變化會在內(nèi)部振弦上產(chǎn)生相應(yīng)的諧振頻率，對其進(jìn)行放大整形所即可對頻率進(jìn)行定時檢測，以計(jì)算出反饋頻率的值。

     1.2 錨索計(jì)讀數(shù)

     本錨索儀最多可對四支錨索計(jì)進(jìn)行檢測，每支一般由3～4個geokon弦式傳感器組成，測量時取其讀數(shù)平均值，溫度則取其中一點(diǎn)的溫度，然后根據(jù)下式計(jì)算出錨索計(jì)的受力情況：

     p=k(f20-f2+y0)+kt(t-t0)+p0

     f=s(g21+g22+g23+g24)/4

     式中，p的單位為kn(1噸=9.8kn)，f的單位為hz；

     g為以上各個傳感器的讀數(shù)（頻率），f0為初頻，卻受力前的頻率；f當(dāng)當(dāng)前頻率；

     y0為截距，k為率定系數(shù)；t為當(dāng)前溫度；t0為初始溫度；p0為偏置量；（通常限0.0）；kt是溫度系數(shù)；

     本錨索儀可以兼容1～4支錨索計(jì)，每支錨索計(jì)可兼容3～4個傳感器，并具有智能化頻率、溫度巡檢及故障顯示功能。

     2 硬件設(shè)計(jì)

     圖1所示是本錨索儀的硬件電路設(shè)計(jì)框圖。它的整個硬件電路可以分為前向通道模塊、微處理機(jī)模塊、用戶接口界面模塊及其它一些輔助電路。整個儀表共包括兩塊電路印刷板，一塊是主板，包括微處理機(jī)、多路開關(guān)、v/f轉(zhuǎn)換、前置隔離、差模運(yùn)算、看門狗、電源監(jiān)視、日歷片、ram寫保護(hù)、通訊模塊、eeprom存儲電路、激勵脈沖驅(qū)動、反饋頻率信號的放大、儀表的開關(guān)控制、報(bào)警驅(qū)動等主要電路；另一塊包含有電源、16路電流源、16路頻率收發(fā)、溫度檢測電路、16路轉(zhuǎn)換開關(guān)等外圍電路。圖中的通訊采用的是maxim公司的max1480b，它是一個完整的輸入輸出電氣隔離的rs-485/rs-422數(shù)據(jù)接口芯片，其驅(qū)動器具有限斜率（slowrate

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