[19]中华人民共和国专利局
[12]实用新型专利说明书
[21]ZL 专利号
96212291.2
[51]Int.CI6
G01B 7/16
[45]授权公告日1998年4月22日[22]申请日96.6.5
[73]专利权人中国科学院武汉岩土力学研究所
地址430071湖北省武汉市武昌区小洪山25号[72]设计人刘明贵 李祺
[11]授权公告号CN 2279584Y
[21]申请号96212291.2
[74]专利代理机构中国科学院武汉专利事务所
代理人黄庆芳
权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页
[54]实用新型名称
自动平衡式动态应变仪
[57]摘要
本实用新型属于一种能在每次动态应变信号测量前自动调节初始不平衡量的动态应变测量仪,其特征在于该测量仪中带有由运算放大器、电阻、电容、程控模拟电子开关以及反相器组成的自动平衡调节装置,该装置具有自动化程度高、使用寿命长、调节速度快以及测量非线性小等优点。
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权 利 要 求 书
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1.一种由单片机控制，带有应变放大器、A/D及数据缓存器的自动平衡式动态应变仪，本实用新型的特征在于：在应变放大器中带有一个自动平衡调节装置，该装置由一个运算放大器、一个电阻、一个电容器、两个程控模拟电子开关K1、K2以及二个反相器组成；运算放大器的同相输入端经过电阻和模拟电子开关K2与应变放大器的输出端连接，运算放大器的输出端与应变放大器的输出电压参考端连接，电容C与模拟电子开关K1并联并跨接于运算放大器的同相输入端与输出端之间，单片机的P1.0、P1.1分别经过反相器与两个模拟电子开关K2、K1的数控端连接。
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说 明 书
自动平衡式动态应变仪
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本实用新型涉及一种工程动态应变信号的测量装置。
动态应变仪目前已广泛用于工程测试之中，已知结构的装置中，直流电桥初始不平衡的调节都是在应变电桥的桥压端与接地端之间跨接一个电位器，其中心抽头通过一个补偿电阻与一个输出端连接，每次测量前手动调节电位器，使应变放大器的初始输出电压为零。上述装置存在自动化程度低、使用寿命有限和调节范围、调节速度、线性误差与电位器、电阻阻值之间互相矛盾的缺点。 本实用新型的目的是提供一种自动平衡式动态变仪，在每次动态应变信号测量前能自动调节初始不平衡。
为达到上述目的，本实用新型在上述自动平衡式动态应变仪中带有一个自动平衡调节装置，该装置由一个运算放大器、一个电阻、一个电容器、两个程控模拟电子开关K1、K2以二个反相器组成；运算放大器的同相输入端经过电阻和模拟电子开关K2与应变放大器的输出端连接，运算放大器的输出端与应变放大器的输出电压参考端连接，电容C与模拟电子开关K1并联并跨接于运算放大器的同相输入端与输出端之间，单片机的P1.0、P1.1分别经过反相器与两个模拟电子开关K2、K1的数控端连接。
本实用新型的最佳实施例见图1、图2。 其中：图1是自动平衡式动态应变仪结构框图； 图2是自动平衡调节装置电路原理图。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。
如图1所示，本实用新型的自动平衡式动态应变仪由应变电桥、直流桥压电路、应变放大器、自动平衡调节装置、滤波器、模—数转换器、数据缓存器、时序控制电路及单片机组成。直流桥压电路给应变片搭成的惠斯顿电桥提供直流桥压，应变电桥的两个变化端分别与应变放大器的差动输入端连接，自动平衡调节装置在单片机接口控制下对应变放大器输出的初始不平衡电压进行采样和保持并将该电压反相施加到应变放大器的输出电压参考端以使应变放大器的初始不平衡输出电压补偿到近似为零，动态应变信号叠加在初始值之上，经滤波、A/D以后转换成二进制数码，在时序控制电路控制下由数据缓存器写入不同地址并由单片机经数据总线读取。
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96212291.2说 明 书 第2/2页
图2是自动平衡装置的一种实施方案，A1采用AD524芯片，放大增益为1000，其同相输入端和反相输入端分别与应变电桥的两个变化端连接，B点是其输出电压参考端，应变电桥中没有平衡调节电位器。平衡调节动作如下：模拟电子开关K1合上、K2断开，电容器C放电使VB≈0；K1断开、K2合上，应变放大器输出电流经电阻R对C充电，直至Vc＝VAB；K1断开、K2断开，VB≈-Vc＝-VAB，应变放大器输出电压为：
VO＝VAB+VB ≈VAB-VAB＝0
因此电桥初始不平衡引起的输出电压被补偿到近似为零。
MCS-51单片机的P1口的P1.0、P1.1经反相器反相后对模拟电子开关K1、K2进行控制，其关系见表1： 表1
P1.1 P1.00 11 01 1
K
K
电容C放电充电补偿到B
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合断断
断合断
单片机运行指令对P1.1、P1.0依次设置为01、10、11，并安排一定的延迟时间，就可以在每次测量之前将应变电桥的不平衡引起的初始电压补偿到近似为零。动态应变信号到来后，叠加在初始电平之上，其基线与零线基本重合。 由于本实用新型采用了自动平衡调节装置，因而具有以下优点：避免了在直流电桥桥路中采用电阻补偿引起的测量非线性，提高了准确度；避免了人工调节速度慢的缺点，提高了自动化程度；取消了桥路中的调节电位器，因而消除了接触不良引起的故障，延长了使用寿命。
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说 明 书 附 图
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图1
图2
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