本发明专利技术涉及一种差动电容式仪器的测量装置和方法，该装置包括交变激励信号发生器、线路选择开关电路、AD转换器和数字信号处理器，交变激励信号发生器产生固定频率固定幅度的交变激励信号后通过线路选择开关电路将交变激励信号施加在差动电容式仪器的两端实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，差动电容式仪器的中间极板的输出端依次连接AD转换器和数字信号处理器，根据正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号转化得到的频谱数据幅度最大值做差后再根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。该装置能确保差动电容式仪器获得高精度测量结果，提高了差动电阻式传感器的可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩土工程的健康监测
，特别是岩土工程的安全监测仪器中的。
技术介绍
在岩土工程的安全监测领域中，差动电容式仪器是一种比较独特的安全监测仪器类型，一般用于实现静力水准系统的沉降测量、垂线位移测量、引张线位移测量、双金属标变形监测等物理量的监测，在安全监测工程中有较多的应用。差动电容式仪器一般由一对参数对称的配对电容(定义为C1和C2)作为传感器的敏感元件，这对配对电容具有这样的属性，当被测物理量F发生变化时，假设变化量为A F， 其中的一个电容C1的容值将增加A C，与之相对应的是另一个电容C2的容值变小A C，C1与C2的电容的变化差值为2 A C，由于在测量范围内A F与2 A C存在线性关系，即A F是2 A C的单一函数，故通过测量2 A C就可以获得被测物理量F的变化规律，从而分析判断岩土工程的健康安全状况。从测量原理上讲，差动电容式传感器的测量电路非常简单，是将交流信号转化为直流信号，并使用欧姆定律通过电容两端的直流输出信号U0与交流激励信号U0i之间的电 Q IWI压幅度比值关系就能实现对电容值A C的直接测量。如= ^ °但实际上由于A C I Um I的数值非常小(一般在几十PF这个数量级)，测量电路的任何环节引入的干扰都会导致测值不准确，如导线的分布电容、元器件的噪声等。因此，差动电容式仪器的高精度、高可靠性测量是比较难以实现的。岩土工程的健康安全状况监测至关重要，确保测量结果的准确性和可靠性是首要任务。因此，很有必要针对差动电容式仪器的电气特点，设计一种全新的测量系统或测量方法，以期获得非常理想的测量灵敏度和测量精度。
技术实现思路
本专利技术针对现有的差动电容式仪器由于干扰因素的影响无法获得高精度和高可靠性测量结果的问题，提供一种新型的差动电容式仪器的测量装置，该装置通过FFT技术能够有效地克服各种干扰对差动电容仪器的测量结果的影响，确保差动电容式仪器获得高精度测量结果。本专利技术还涉及一种差动电容式仪器的测量方法。本专利技术的技术方案如下一种差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，包括交变激励信号发生器、线路选择开关电路、AD转换器和数字信号处理器，所述交变激励信号发生器产生固定频率固定幅度的交变激励信号后通过线路选择开关电路将所述交变激励信号施加在差动电容式仪器的两端实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，差动电容式仪器的中间极板的输出端依次连接AD转换器和数字信号处理器，将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号通过AD转换器进行信号采集，再由数字信号处理器进行FFT频谱分析并分别提取出幅度最大值，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。所述交变激励信号发生器包括微控制器和DA转换器，所述微控制器输出按一定规律编排的数值序列并控制DA转换器输出固定频率固定幅度的交变激励信号。所述线路选择开关电路包括由微控制器控制的电子切换开关，所述微控制器控制电子切换开关的状态实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励。还包括信号放大器和低通滤波器，所述差动电容式仪器的中间极板的输出端先依次经过信号放大器和低通滤波器后再连接AD转换器，以将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号进行信号放大和低通滤波处理后再通过AD转换器进行信号采集。 所述数字信号处理器与微控制器相连，所述数字信号处理器将FFT频谱分析后分别提取出的幅度最大值输入至微控制器，微控制器将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量；和/或所述微控制器为单片机；和/或所述AD转换器为高精度高速AD转换器。一种差动电容式仪器的测量方法，其特征在于，将固定频率固定幅度的交变激励信号分别正向和反向施加在差动电容式仪器的两端实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，分别将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号通过AD转换器进行信号采集后经数字信号处理器进行FFT频谱分析，并分别提取出幅度最大值，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。通过微控制器输出按一定规律编排的数值序列并控制DA转换器输出固定频率固定幅度的交变激励信号。通过微控制器控制电子切换开关的状态以将交变激励信号分别正向和反向施加在差动电容式仪器的两端，实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励。所述正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号先进行信号放大和低通滤波处理后再通过AD转换器进行信号采集。所述数字信号处理器将FFT频谱分析后分别提取出的幅度最大值输入至微控制器，由微控制器将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量；和/或所述微控制器为单片机；和/或所述AD转换器为高精度高速AD转换器。本专利技术的技术效果如下本专利技术涉及的差动电容式仪器的测量装置，包括交变激励信号发生器、线路选择开关电路、AD转换器和数字信号处理器，通过交变激励信号发生器和线路选择开关电路实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，在正向激励和反向激励时分别引出的差动电容式仪器的中间极板的输出信号均是包含了被测物理量的变换量信息的两个输出信号，将该输出信号分别依次经过AD转换器和数字信号处理器，AD转换器进行信号采集，数字信号处理器采用FFT技术完成对被测物理量的频谱分析结果的数据处理后，提取的幅度最大值即为频谱中的主频信号的幅度，可以完全消除其它频率分量对测量结果的影响，具有非常良好地抗干扰能力，因此能够获得更准确、更稳定的测量结果，避免了现有技术采用的直接测量差动电容式传感器中的配对电容的变化会由于干扰因素的影响导致无法获得高精度和高可靠性测量结果的问题。此外，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，对于指定的差动电容式仪器而言，该线性关系的比例系数是出厂的标定值，即为已知量，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差，能够消除当差动电容式仪器不理想时引起的失调电压，进一步提高了差动电容式仪器输出结果测量值的准确性和可靠性。设置交变激励信号发生器包括微控制器和DA转换器,微控制器输出按一定规律编排的数值序列并控制DA转换器输出固定频率固定幅度的交变激励信号，采用微控制器进行有序控制，能够避免输出信号的幅度不可控以及频率漂移的问题，确保DA转换器产生高质量的激励信号源，即DA转换器能够输出固定频率、固定幅度的交变激励信号，为准确测量差动电容式仪器提供前提保障。设置线路选择开关电路包括由微控制器控制的电子切换开关，通过微控制器控制电子切换开关的状态实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，能够实现正向激励与反向激励之间的自动交替切换，并使得线路选择开关电路结构简单，微控制器控制方便精准，故降低了成本并保证了测量的准确性。通过设置信号放大器和低通滤波器，将正向激励和反向激励时分别引出的差动电容式仪器的中间极板的输出信号进行信号放大和低通滤波处理，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，包括交变激励信号发生器、线路选择开关电路、AD转换器和数字信号处理器，所述交变激励信号发生器产生固定频率固定幅度的交变激励信号后通过线路选择开关电路将所述交变激励信号施加在差动电容式仪器的两端实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励，差动电容式仪器的中间极板的输出端依次连接AD转换器和数字信号处理器，将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号通过AD转换器进行信号采集，再由数字信号处理器进行FFT频谱分析并分别提取出幅度最大值，将正向激励和反向激励得到的幅度最大值做差后根据一定的线性关系得到差动电容式仪器的被测物理量的变化量，实现差动电容式仪器的测量。2.根据权利要求I所述的差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，所述交变激励信号发生器包括微控制器和DA转换器,所述微控制器输出按一定规律编排的数值序列并控制DA转换器输出固定频率固定幅度的交变激励信号。3.根据权利要求2所述的差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，所述线路选择开关电路包括由微控制器控制的电子切换开关，所述微控制器控制电子切换开关的状态实现对差动电容式仪器的正向激励和反向激励。4.根据权利要求3所述的差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，还包括信号放大器和低通滤波器，所述差动电容式仪器的中间极板的输出端先依次经过信号放大器和低通滤波器后再连接AD转换器，以将正向激励和反向激励时差动电容式仪器的中间极板的输出信号进行信号放大和低通滤波处理后再通过AD转换器进行信号采集。5.根据权利要求4所述的差动电容式仪器的测量装置，其特征在于，所述数字信号处理器与微控制器相连，所述数字信号处理器将FFT频谱分析后分别提取出的幅度最大值输入至微控制器，微控制器将正向激励和...
【专利技术属性】
技术研发人员：毛良明，沈省三，江修，
申请(专利权)人：基康仪器北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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