振弦式传感器的工作原理及其特点.doc - 钢筋测力计_土压力计_孔隙水 ...

振弦式传感器（String Vibration Sensor）是一种常见的机械振动测量装置，广泛应用于工程领域的振动监测和控制中。

本文将介绍振弦式传感器的工作原理及其特点。

一、工作原理振弦式传感器的工作原理基于维纳-弗洛伊德方程（Wien-Floquet-Equation），即将传感器的振弦进行理论分析，其中振弦是一个由弹性材料制成的细长线性结构。

当振弦受到外部机械振动作用时，会引起它的振动，传感器通过测量振动的频率、振幅和相位等参数，来确定外部振动的强度和频率。

振弦式传感器通常由振弦、固定支承和传感器电子模块组成。

振弦的两端固定在支承上，当受到外部振动力作用时，振弦会发生弯曲振动或拉伸振动。

传感器电子模块通过电极对振弦进行振动信号的采集和分析，将振动信号转化为电信号输出，完成对振动信号的测量。

二、特点1.高精度测量：振弦式传感器采用先进的振动信号处理技术，能够实现高精度的振动测量。

传感器对振动信号的测量范围广，能够捕捉到微小的振动变化。

2.宽频率响应：振弦式传感器具有较宽的频率响应范围，可以测量多种类型振动的频率。

传感器能够满足不同应用场景下的频率要求，适用于多种机械设备的振动监测。

3.快速响应：振弦式传感器响应速度快，可以准确捕捉瞬态振动信号。

传感器具有良好的动态特性，适用于对快速振动变化的监测和控制。

4.稳定可靠：振弦式传感器采用高品质的材料和先进的制造工艺，具有良好的稳定性和可靠性。

传感器在长时间工作中能够保持较高的测量精度，具有较长的使用寿命。

5.易于安装和维护：振弦式传感器安装简便，可以灵活布置在需要监测的位置。

传感器的维护成本低，不需要频繁的校准和调整。

6.多种输出方式：振弦式传感器可以通过模拟信号输出或数字信号输出，方便与其他设备进行数据交互和处理。

传感器具有多种接口选项，适配不同的控制系统和数据采集设备。

7.广泛应用：振弦式传感器广泛应用于机械设备振动监测、故障诊断和预警等领域。

基于振弦式传感器测频系统的设计白泽生(延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000)利用振弦式传感器测量物理量是基于其钢弦振动频率随钢丝张力变化，输出的是频率信号，具有抗干扰能力强，对电缆要求低，有利于传输和远程测量的特点。

因此，可获得非常理想的测量效果。

1 振弦式传感器的工作原理振弦式传感器由定位支座、线圈、振弦及封装组成。

振弦式传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦，如图1所示。

振弦的振动频率可由以下公式确定：其中S为振弦的横截面积，ρv为弦的体密度(ρv=ρ/s)，△l为振弦受张力后的长度增量，E为振弦的弹性模量，σ为振弦所受的应力。

当振弦式传感器确定以后，其振弦的质量m，工作段(即两固定点之间)的长度L，弦的横截面积S，体密度ρv及弹性模量E随之确定，所以，由于待测物理量的作用使得弦长有所变化，而弦长的变化可改变弦的固有振动频率，由于弦长的增量△l与振弦的最长驻波波长的固有频率存在确定的关系，因此只要能测得弦的振动频率就可以测得待测物理量。

2 测频系统的设计2.1 基本原理振弦式传感器工作时由激振电路驱动电磁线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动势通过检测电路滤波、放大、整形送给单片机，单片机根据接收的信号，通过软件方式反馈给激振电路驱动电磁线圈。

通过反馈，弦能在电磁线圈产生的变化磁场驱动下在本振频率点振动。

当激振信号撤去后，弦由于惯性作用仍然振动。

单片机通过测量感应电动势脉冲周期，即可测得弦的振动频率，最后将所测数据显示出来。

测频原理框图如图2所示。

2.2 系统硬件电路设计根据以上的基本原理和思想，设计的测频系统的整体电路如图3所示。

主要由激振电路、检测电路、单片机控制电路和显示电路等几部分组成。

工作过程是由单片机产生某一频率的激振信号，经放大后激励振弦振动，拾振线圈中产生的感应电动势经几级放大后送给单片机处理，最后送显示电路显示。

2.2.1 激振电路激振电路采用扫频激振技术，就是用一个频率可以调节的信号去激励振弦式传感器的激振线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦能迅速达到共振状态。

振弦式钢筋计原理
嘿，大家好呀！今天咱要来聊聊振弦式钢筋计原理，这可真是个超级有趣的东西呢！
你想想啊，就好比我们人有自己的感知能力，能感受周围的变化，振弦式钢筋计也有它独特的“感知方式”呀！它就像是建筑工程里的小侦探一样。

比如说在一个大桥的建设中，钢筋可是起着至关重要的作用，这时候振弦式钢筋计就上场啦！
它到底是怎么工作的呢？其实啊，它里面有根弦，就像琴弦一样呢。

当钢筋受到力的作用，比如被拉伸或者挤压的时候，这根弦的振动频率就会发生变化。

哇，是不是很神奇？就如同我们高兴的时候心跳会加快，而振弦式钢筋计也会因为外界的影响而有不同反应呢。

咱再拿盖房子来打个比方吧，要是没有振弦式钢筋计时刻监测着钢筋的情况，那不就像闭着眼睛走路一样危险嘛！它能及时告诉我们钢筋是不是安全，有没有出问题，这多重要啊！
在实际操作中，技术人员会把振弦式钢筋计安装在钢筋上，然后通过一些仪器来读取它的数据，就像医生用仪器检查我们的身体一样。

大家说这是不是超厉害的？
振弦式钢筋计原理虽然有点复杂，但是一旦你搞明白了，你就会觉得，哎呀，原来这么简单又这么有用啊！它真的是建筑工程中的好帮手，能让我们的建筑更加安全牢固。

所以说啊，可别小瞧了这个小小的振弦式钢筋计哦，它的作用可是大大的呢！
总之，振弦式钢筋计就如同一位默默守护的卫士，为建筑的安全保驾护航，让人怎能不对它感兴趣呢！。

1.BY-1型土压力传感器钢弦式表面应变传感器主要用于量测混凝土、钢筋混凝土、钢结构、网状钢结构的表面应变；也可用于已产生微裂的混凝土、钢筋混凝土工程裂缝变化的观测；或用于混凝土应力解除和温度应力的测量。

2.JXW-1型位移传感器主要用于测试隧道岩层之间、土层之间及其它工程地基基础等受压力后产生的位移量。

3.钢筋应力传感器除用于量测钢筋混凝土结构中的钢筋应力外还可将其串接起来用于量测隧道及地下结构锚杆的应力分布。

4.孔隙水压力传感器主要用于测试软基处理和病害水坝整治等工程中的岩石和土壤地下水的流动状态和水压力的大小，并把水压力从所量测的总土压力中分离出来；也可用孔隙水压力传感器量测孔隙水压力的大小和分布。

5.BY-1型土压力传感器采用双油腔结构形式，它的最大特点是，当传感器受力时，传感器油腔中的液体可使力传递均匀，同时由于弹性敏感元件的变形比弹性传力元件的变形增大若干倍，提高了传感器的灵敏度。

该产品主要用于路基、挡土墙、坝体及隧道等地下结构工程，动静态的测试。

6.基泰VSL570系列振弦式静力水准沉降系统广泛适用于测量土石坝、港口建设、公路、输（气）油管道、储油罐等基础填方结构的沉降（浮升）。

本系统为解决一族多个高程相近监测点的垂直位移及相对沉降变化提供了技术先进的解决方案。

数据采集可以用CTY-203型振弦读数仪人工读取，亦可接入其他振弦式自动化测量模块获取。

7.高智能型单点沉降计属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器，是位移传感器的一种；单点沉降计是由位移计、测杆、锚头、沉降板组成。

钻孔后将单点沉降计埋入土体基础内部，测量锚头与沉降板之间的相对位移变化。

单点沉降计主要应用于公路、铁路、水利大堤等各种基础沉降、边坡位移的变形测量。

8.分层沉降计属于岩土工程监测设备或岩土工程测试仪器，是位移传感器的其中一种；分层沉降计是由多个位移计通过安装套件串联组成。

钻孔后将分层沉降计埋设于软土路基，测量软基的分层沉降变形情况。

振弦式采集原理振弦式采集原理引言：振弦式采集是一种常见的传感器采集原理，该原理利用振弦的振动来测量物理量的变化。

通过将物理量转化为振弦的振幅或频率变化，可以实现对物理量的准确测量。

本文将介绍振弦式采集的基本原理、工作原理以及应用领域。

一、振弦式采集的基本原理振弦式采集的基本原理是利用振弦的振动特性来测量物理量的变化。

振弦是一种细长的弹性杆，可以在一端固定，另一端自由振动。

当物理量作用于振弦时，振弦的振动特性会发生变化，从而可以通过测量振弦的振幅或频率来获取物理量的信息。

二、振弦式采集的工作原理振弦式采集的工作原理分为以下几个步骤：1.固定振弦：将振弦的一端固定在支撑结构上，确保振弦的另一端可以自由振动。

2.激励振弦：通过外部激励源对振弦进行激励，使其产生振动。

常见的激励源包括电磁激励、声波激励等。

3.测量振弦的振幅或频率：通过传感器测量振弦的振幅或频率变化。

常见的传感器包括光电传感器、压电传感器等。

4.转化为物理量：根据振弦的振幅或频率变化，经过一定的数学模型和算法，将其转化为所需测量的物理量。

三、振弦式采集的应用领域振弦式采集广泛应用于各个领域，如工业生产、科学研究、医学诊断等。

以下是几个典型的应用领域：1.力学测量：振弦式采集可用于测量物体的重量、压力、扭矩等力学量。

通过测量振弦的振幅或频率变化，可以准确地获取物体的力学信息。

2.环境检测：振弦式采集可用于测量环境中的温度、湿度、气体浓度等参数。

通过将这些参数转化为振弦的振幅或频率变化，可以实现对环境的准确监测。

3.医学诊断：振弦式采集可用于医学领域的诊断和监测。

例如，可以通过测量人体的呼吸频率、心跳频率等参数，来判断人体的健康状况。

4.结构监测：振弦式采集可用于对建筑物、桥梁等结构进行监测。

通过测量振弦的振幅或频率变化，可以及时发现结构的变形或破坏，从而保证结构的安全性。

结论：振弦式采集是一种常见且有效的传感器采集原理，通过测量振弦的振幅或频率变化，可以实现对物理量的准确测量。

振动探测器的基本工作原理及特点常用的几种振动探测器根据所使用的振动传感器的不同，振动探测器可分为：振动光纤探测器、泄漏电缆探测器、机械式振动探测器、惯性棒电子式振动探测器、电动式振动探测器、压电晶体振动探测器、电子式全面型振动探测器等多种类型。

不同类型的振动探测器其工作机理及安装要求也各有差异，以北京三安古德“sa-z8”振动探测器为例，它属于压电晶体振动探测器。

振动探测器的安装使用要点1．振动探测器属于面控制型探测器，室内明装、暗装均可，通常安装于可能入侵的墙壁、天花板、地面或保险柜上；2．探测器安装要牢固，振动传感器应紧贴安装面，安装面应为干燥的平面；3．安装于墙体时，距地面高2-2.4ｍ为宜，探测器垂直于墙面；4．埋入地下使用时深度为10cm左右，不宜埋入土质松软地带；5．振动探测器不宜用于附近有强震动干扰源的场所；6．安装的位置应远离振动源(如旋转的电机、变压器、风扇、空调)，如无法避开震动源，则视振动源震动情况，距离振动源1-3米；7．注意在振动探测器频率范围内的高频震动、超声波的干扰容易引起误报。

玻璃破碎探测器玻璃破碎探测器是专门用来探测玻璃破碎的探测器。

当犯罪分子打碎玻璃试图入侵作案时，即可发出报警信号。

以北京三安古德“sa-z8”玻璃破碎探测器为例，其是属于次声波—玻璃破碎高频声响双技术探测器。

因此它也是一种双鉴探测器，此种类型的探测器比普通的声控型单技术玻璃破碎探测器或声控—振动型双技术玻璃破碎探测器的性能有了进一步的提高，是目前较好的一种玻璃破碎探测器。

探测玻璃破碎高频声响的原理玻璃破碎时发出的响亮刺耳的声音频率是处于大约10～15KHZ 的高频段范围内。

将带通放大器的带宽选在10～15KHz的范围内，就可将玻璃破碎时产生的高频声音信号取出，从而触发报警。

但对人的脚步声、说话声、雷雨声等却具有较强的抑制作用，从而可以降低误报率。

次声波的产生次声波是频率低于20Hz的声波，属于不可闻声波。

1 绪论在大型土木工程的安全监测中，压力作为一个重要的参数，其检测方法一直备受重视。

通过对各种结构所受压力的实时检测，对保障健康、降低事故发生率具有重要的意义。

由于振弦式传感器具有输出信号稳定、易检测、精度和分辨率高等诸多优点，因此是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。

基于振弦式传感器的压力测试仪的使用对国民安全和国民经济起着举足轻重的作用。

1.1 课题研究目的和意义在建筑工业中，安全问题是重中之重，一旦一个工程安全问题得不到保障，投入的资金再多，耗费的人力物力再大，也都显得没有任何意义。

振弦式仪器是目前我国土石坝内部观测的首选仪器,它在大坝监测、桥梁监测和岩石工程中占有重要地位。

基于扫频激振技术的激振单线圈振弦式传感器的方法为实现上述工程自动监测系统提供有力支持。

基于扫频激振技术的振弦式传感器应用于某型分布式网络测量系统中，用于大坝内部应力自动监测,具有起振迅速、测值可靠、自动化程度高的突出优点,取得了较好的应用效果。

基于振弦式传感器的压力测试系统对桥梁结构的安全性和对国民经济起着举足轻重的作用。

对桥梁的运行状况进行健康监测，可以有效预防突发性灾难，减少损失, 避免人员伤亡, 确保基础设施与使用者的安全。

1.2 国内外技术发展现状振弦传感器得到了迅速的发展和应用。

在国外，德国的MAlHAK、法国的TELEMAL、美国的SINCO和FOXBORO、英国的SCHLUBERGER及挪威等多家公司，都有振弦传感器的系列产品。

国内从60年代起，先后研制开发了适合各种测试目的的多种振弦传感器的系列产品，如振弦式压力计、土压力计、空隙水压力计、应变计、测力(应力)计、钢筋计、扭力计、位移计、反力计、吊重负荷计、倾斜计等等。

它们广泛应用于港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、机械船舶、水库大坝、地基基础等测试，已成为工程、科研中一种不可缺少的测试手段，显示出了其广阔应用和发展的前景。

除了振弦式传感器外，还有振筒式、振梁式和振膜式等传感器，它们统称为谐振式传感器。

振弦式传感器的工作原理及其特点振弦式传感器是一种常见的测量物理量的传感器，其工作原理是基于共振频率的变化。

该传感器通常由一根细长的弹性杆状物体（振弦）组成。

当受到外界物理量的作用时，振弦将发生弯曲、扭转等形变，从而改变其固有的共振频率。

通过测量共振频率的变化，我们可以得到外界物理量的相关信息。

振弦式传感器的工作原理可以通过简单的梁（杆）弯曲模型来解释。

当振弦受到外力作用时，它将在弯曲方向上振动。

振动的频率取决于振弦的弹性特性和几何尺寸。

在无外力作用时，振弦具有固有的基频。

当外力作用于振弦时，它将改变振弦的弹性特性和几何尺寸，从而改变其频率特性。

因此，通过测量频率的变化，我们可以获得外力的信息。

1.高灵敏度：振弦式传感器可以实现很高的灵敏度。

由于振弦对外力变化的响应非常敏感，因此可以检测到微小的力、压力、液位等变化。

这使得振弦式传感器在许多应用中非常有用，特别是需要高精度测量的场合。

2.宽测量范围：振弦式传感器适用于广泛的测量范围。

它可以测量从微小的力到大型结构的压力、应变等物理量。

通过选择合适的振弦材料和尺寸，可以实现不同范围的测量要求。

3.快速响应：由于振弦式传感器对外界物理量的变化非常敏感，因此其响应速度非常快。

这使得它在需要高频率反馈的快速响应系统中非常有用，例如振动测量和动态力学测量。

4.高精度：振弦式传感器具有高精确度。

通过精确计算和控制振弦的几何尺寸和材料特性，可以获得非常准确的测量结果。

此外，振弦式传感器的测量结果受到环境温度、湿度等因素的影响较小，因此可以在各种环境条件下获得可靠的测量数据。

5.强韧耐用：振弦式传感器通常采用高强度、耐腐蚀的材料制成，可以在恶劣的工作环境中使用。

其结构简单，无易损件，因此具有较长的使用寿命和良好的可靠性。

6.易于集成和安装：振弦式传感器可以灵活地设计和制造，便于集成到各种系统和设备中。

它们通常采用小型、轻量级的结构，易于安装和操纵。

此外，振弦式传感器可以通过合适的信号放大和处理电路，与其他设备进行接口连接，实现自动化控制和远程监测。