振弦式應變計是一種廣泛應用于土木工程、地質(zhì)勘探等領域的高精度傳感器，用于測量結(jié)構(gòu)的應變變化。近年來，隨著微控制器單元(MCU)的發(fā)展，自動化測量技術(shù)得到了極大的提升，使得振弦式應變計的測值采集更加高效和精確。本文將詳細介紹MCU自動測量單元如何采集振弦式應變計的測值。

　　振弦式應變計的工作原理

　　振弦式應變計主要由一根張緊的金屬弦和一個激勵線圈組成。當外力作用于應變計時，其內(nèi)部金屬弦的長度和張力會發(fā)生變化，導致弦的振動頻率發(fā)生改變。通過測量弦的振動頻率，就可以計算出應變的變化量。

　　MCU自動測量單元的設計

　　MCU自動測量單元通常包括以下幾個主要部分：MCU主控芯片、信號激勵電路、信號采集電路、數(shù)據(jù)處理模塊和通信接口。

　　信號激勵電路：該電路負責產(chǎn)生一個特定頻率的激勵信號，用于激發(fā)振弦式應變計中的金屬弦振動。激勵信號通常是一個正弦波，其頻率略高于金屬弦的固有頻率。

　　信號采集電路：這部分電路用于捕捉金屬弦的振動信號，并將其轉(zhuǎn)換為電信號。通常使用一個高靈敏度的拾振器來采集振動信號，然后通過放大器和濾波器對信號進行預處理。

　　數(shù)據(jù)處理模塊：MCU主控芯片負責對采集到的信號進行數(shù)據(jù)處理。通過快速傅里葉變換(FFT)等算法，將時域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，從而提取出金屬弦的振動頻率。

　　通信接口：測量結(jié)果可以通過各種通信接口(如RS-232、RS-485、USB或以太網(wǎng))傳輸?shù)缴衔粰C或云端進行進一步的分析和存儲。

　　測值采集過程

　　激勵信號生成：MCU通過信號激勵電路產(chǎn)生一個特定頻率的激勵信號，該信號通過導線傳輸?shù)秸裣沂綉冇嫷募罹€圈中。

　　振動信號采集：激勵信號激發(fā)金屬弦振動，振動信號由拾振器采集并轉(zhuǎn)換為電信號。經(jīng)過放大器和濾波器處理后，信號被送入MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)進行數(shù)字化。

　　數(shù)據(jù)處理：MCU對采集到的數(shù)字信號進行FFT變換，得到頻域信號。通過分析頻域信號，可以確定金屬弦的振動頻率。

　　結(jié)果輸出：MCU將計算出的振動頻率通過通信接口發(fā)送到上位機或云端。上位機軟件可以對數(shù)據(jù)進一步處理，如計算應變值、數(shù)據(jù)存儲和可視化等。

　　MCU自動測量單元通過精確控制信號激勵和高效的數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了振弦式應變計測值的自動化采集。這種技術(shù)不僅提高了測量效率和精度，還降低了人工操作的復雜性和成本。廣泛應用于橋梁、大壩、隧道等結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測，為保障工程安全提供了重要的技術(shù)支持。