基于惠斯通電橋的橋梁檢測(cè)電路

◎殷萬(wàn)君

基于惠斯通電橋的橋梁檢測(cè)電路

◎殷萬(wàn)君

惠斯通電橋是一種可以精確測(cè)量電阻的儀器，平衡時(shí)，四個(gè)臂的阻值滿足一個(gè)簡(jiǎn)單的關(guān)系，利用這一關(guān)系就可測(cè)量電阻，通過(guò)電阻的變化可以測(cè)得其他一些物理量，在橋梁檢測(cè)中該電橋應(yīng)用較為廣泛。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，造橋技術(shù)不斷進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)逐步向輕巧、纖細(xì)方面發(fā)展。與此同時(shí)橋梁的載重、跨徑和橋面寬度不斷增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)型式不斷變化。傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)手段越來(lái)越不能滿足變形監(jiān)測(cè)要求，這就迫切需要性能更可靠的設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)大橋的形變。

惠斯通電橋應(yīng)用廣泛，用該電橋結(jié)合相關(guān)電路檢測(cè)橋梁形變信息，并將信息通網(wǎng)關(guān)上傳至采集服務(wù)軟件，進(jìn)而判斷橋梁是否過(guò)載，同時(shí)可根據(jù)需要開(kāi)啟橋梁控制車(chē)輛的通行道閘。

當(dāng)外部在懸臂梁上產(chǎn)生力矩時(shí)，此應(yīng)變?nèi)珮蚴テ胶舛敵霾铑~電壓，即傳感器輸出電壓。同時(shí)，為了保證傳感器在一定溫度波動(dòng)范圍內(nèi)正確穩(wěn)定地輸出信號(hào)，其內(nèi)置了一套溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，從而使傳感器輸出的電壓信號(hào)只與壓力成線形正比。

電路原理如圖1所示。圖1中，JGAGE1和JGAGE2是用于檢測(cè)形變的應(yīng)變片，一般采用敏感材料，是一種貼在塑料薄膜（15-16μm）上的薄金屬箔的敏感柵（3-6μm）。當(dāng)應(yīng)變片貼在被測(cè)定物上后，隨著被測(cè)定物伸縮，由于伸縮發(fā)生形變，由電阻公式知，金屬箔的電阻會(huì)隨之變化。通過(guò)惠斯通電橋測(cè)量由電阻引起的電壓或是電流的變化，通過(guò)該變化就可知道橋梁對(duì)應(yīng)的形變。圖1中，JGAGE1、JGAGE2、R1、R2、R3、R4、Rp、R5、R6等構(gòu)成惠斯通電橋，R7、U2A構(gòu)成電流-電壓變換器，經(jīng)過(guò)變換輸出的電壓送入U(xiǎn)2C和U2D構(gòu)成的雙幅比較器進(jìn)行比較，輸出DSIGN1和DSIGN2，然后利用CC2530采集兩個(gè)端口的電平狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否發(fā)生形變。

惠斯通電路運(yùn)行時(shí)，應(yīng)先校準(zhǔn)，具體操作步驟如下：1）接通電源；2）在未受力的狀態(tài)下，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器，使電橋平衡。當(dāng)電橋達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，指示LED會(huì)顯示相應(yīng)狀態(tài)，具體如表1所示。

將電橋輸出端與信號(hào)采集端CC2530的連接，如表2所示CC2530信號(hào)采集端口與橋梁形變關(guān)系。

（作者單位：四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院）