马洪连 王明龙 来源：《国外电子元器件》

     摘要：针对采用描索计测量加载液压千斤顶上的变力开发出了一套用于锚索、拱型支架及其它重型荷载的全过程计算机检测系统。该系统采用单片机和一些简单的外围电路即可完成对锚索计的读数。文中介绍了它的工作原理、系统结构、功能特性和软件编程。

     关键词：锚索针

     谐振频率 通信 检测

     弦式锚索计主要用于锚索、岩石锚杆、锚栓或拱形支架的荷载以及其它重型荷载的测量。在一般情况下，用于测量加载液压千斤顶上的变力、荷载以及锚索杆的长期应力变化。

     本文所介绍的锚索计检测仪（简称锚索仪）采集处理系统采用8032单片机并配以必要的外围电路来完成对锚索计的读数，它可通过计算直接将频率值、温度值、受力值以及工程值显示在20×4液晶显示器上，另外还有抑制温漂、数字滤波、故障报警、参数设定、掉电记忆、64kb数据保存和通讯等功能。本系统作为一种便携式仪表，具有省电、性能价格比高等优点。可以广泛应用于建筑工程、桥梁建筑、海洋码头、水库工程等领域，具有很好的应用价值和推广价值。

     1 工作原理

     1.1 传感器谐振频率的测量

     本仪器采用美国基康公司生产的钢弦式压力、拉力传感器，它优于传统的压力、拉力传感器的主要原因在于这种传感器使用频率作为输出信号，所以其抗干扰能力强、误差小，可在较恶劣的环境下工作。

     钢弦式传感的基本结构是在一个园柱形金属筒内的两端接两个连接块，其中一个连接块是固定位置的，另一个连接块的位置是随着受力的大小而可动的。在两个连接之间接有一条钢弦（振弦），当外力不同时，其钢弦的松紧不同，因而其共振频率会发生变化。我们可以施加脉冲信号到传感器内的激励线圈，以引起钢弦的共振，当测出其共振频率后，再结合相应的有关系数应可计算出传感器受力的大小。

     这种传感器精度较高，环境温度对传感器有一定的影响，故在其内还封装了一个热敏电阻以检测和控制温度。

     工作时，锚索仪先向描索计中传感器的激励线圈发送一串覆盖了一定频率段的不同频率的脉冲信号，这些脉冲信号传感器中的振弦被激励并检测线圈在激励脉冲控制下随外界压力的变化，这些变化会在内部振弦上产生相应的谐振频率，对其进行放大整形所即可对频率进行定时检测，以计算出反馈频率的值。

     1.2 锚索计读数

     本锚索仪最多可对四支锚索计进行检测，每支一般由3～4个geokon弦式传感器组成，测量时取其读数平均值，温度则取其中一点的温度，然后根据下式计算出锚索计的受力情况：

     p=k(f20-f2+y0)+kt(t-t0)+p0

     f=s(g21+g22+g23+g24)/4

     式中，p的单位为kn(1吨=9.8kn)，f的单位为hz；

     g为以上各个传感器的读数（频率），f0为初频，却受力前的频率；f当当前频率；

     y0为截距，k为率定系数；t为当前温度；t0为初始温度；p0为偏置量；（通常限0.0）；kt是温度系数；

     本锚索仪可以兼容1～4支锚索计，每支锚索计可兼容3～4个传感器，并具有智能化频率、温度巡检及故障显示功能。

     2 硬件设计

     图1所示是本锚索仪的硬件电路设计框图。它的整个硬件电路可以分为前向通道模块、微处理机模块、用户接口界面模块及其它一些辅助电路。整个仪表共包括两块电路印刷板，一块是主板，包括微处理机、多路开关、v/f转换、前置隔离、差模运算、看门狗、电源监视、日历片、ram写保护、通讯模块、eeprom存储电路、激励脉冲驱动、反馈频率信号的放大、仪表的开关控制、报警驱动等主要电路；另一块包含有电源、16路电流源、16路频率收发、温度检测电路、16路转换开关等外围电路。图中的通讯采用的是maxim公司的max1480b，它是一个完整的输入输出电气隔离的rs-485/rs-422数据接口芯片，其驱动器具有限斜率（slowrate

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