基于AVR和振弦式滲壓計(jì)的大壩監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

防雷擊電路由玻璃放電管(防雷管)、雙向瞬變二極管和熱敏電阻組成。當(dāng)強(qiáng)電流(高于玻璃放電管的放電電壓)來時(shí)，放電管兩端會(huì)產(chǎn)生弧光放電，氣體電離放電后，兩端電壓以10-9秒量級(jí)的速度迅速降低，從而保護(hù)電路。在有可能出現(xiàn)續(xù)流的地方，為防止玻璃放電管擊穿后長時(shí)間導(dǎo)通而損壞，電路中串聯(lián)熱敏電阻。雙向TVS(導(dǎo)通電壓定位6 V>5 V)，在這里起到備用通路的作用。它可在正反兩個(gè)方向?qū)⑵涔ぷ髯杩沽⒓唇抵梁艿偷膶?dǎo)通值，并將電壓鉗制到預(yù)定水平，從而提高了防雷電路的可靠性。
3．2 激振檢測(cè)電路
作為整個(gè)系統(tǒng)的主體部分，首先給出總的電路圖，如圖5所示。

3．2．1 激振電路
目前，振弦式傳感器激勵(lì)方式主要有高壓撥弦和低壓掃頻激振兩種。由于系統(tǒng)運(yùn)行在低壓狀態(tài)，故采用低壓掃頻激振。根據(jù)傳感器的固有頻率選擇合適的頻率段，對(duì)傳感器施加頻率逐漸變大的掃頻脈沖串信號(hào)，當(dāng)激振信號(hào)的頻率和鋼弦的固有頻率相近時(shí)，鋼弦能快速達(dá)到共振狀態(tài)，此時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)且振幅最大，傳感器輸出的頻率信號(hào)信噪比較高且便于測(cè)量。
本系統(tǒng)選用的傳感器振弦的固有頻率為450～5 000 Hz，故可以充分利用AVR微處理器。運(yùn)用軟件設(shè)計(jì)，設(shè)置ATmega128單片機(jī)的引腳PB44輸出PWM信號(hào)進(jìn)行激振，激振輸出的信號(hào)經(jīng)過光電隔離放大整形電路，進(jìn)入單片機(jī)的ADC接口(PF0)，完成對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的采集。通過程序設(shè)計(jì)，將最大感應(yīng)電壓信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率保存在片內(nèi)存儲(chǔ)器中，從而完成對(duì)滲壓計(jì)的激振。對(duì)于以后的激振將一直采用此頻率，從而確保系統(tǒng)能獲得高精度的測(cè)量結(jié)果，流程圖如6所示。

3．2．2 信號(hào)調(diào)理檢測(cè)電路
對(duì)傳感器進(jìn)行掃頻激勵(lì)后，傳感器將返回幅度不斷衰減的正弦信號(hào)，由于信號(hào)幅度較小，在1 mV左右，因此需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。本系統(tǒng)選用INA326精密儀表放大器，其適用于單電源、低功耗和精密測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合，并可保持良好的線性。如圖5，INA326的增益它的增益可通過與輸入信號(hào)隔離的外部增益電阻來設(shè)置，而且工作性能穩(wěn)定。電路中分別由R1、R2、R5、R6設(shè)置，增益G1=2R2／R1，G2=2 R6／R5。外接電阻除與增益有關(guān)外，也直接影響到穩(wěn)定性及溫度漂移，因此要求精度高時(shí)要采用低溫度系數(shù)的精密電阻。為盡量減少在腳1與腳8的雜散電容量，而且將腳4與腳7直接用電容相連接。