下载文档原格式
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。
振弦传感器的频率及模数之间的关系
振弦传感器是一种常见的测量设备，用于测量物体振动的频率和模数。
频率和模数是振弦传感器最重要的参数，它们之间存在着密切的关系。
振弦传感器的频率是指物体振动的周期性重复次数，通常用赫兹（Hz）来表示。
而模数则是指振弦传感器输出信号的幅度大小，它可以用来衡量振动的强度。
频率和模数之间的关系可以通过以下几个方面来解释。
频率和模数之间存在着正相关关系。
当物体振动的频率增加时，振弦传感器所测量到的模数也会随之增大。
这是因为在高频率下，物体的振动速度较快，振弦传感器接收到的振动信号幅度会更大。
频率和模数之间也受到物体本身性质的影响。
不同物体的振动特性不同，其频率和模数之间的关系也会有所差异。
例如，柔软的材料在振动时会产生较高的模数，而硬质材料则可能产生较低的模数。
振弦传感器的灵敏度也会影响频率和模数之间的关系。
高灵敏度的振弦传感器可以更准确地测量到物体的微小振动，因此在相同频率下可以产生更高的模数。
振弦传感器的频率和模数之间存在着紧密的关系。
频率越高，模数越大，而物体的性质和传感器的灵敏度也会对这种关系产生影响。
通过准确测量和分析频率和模数之间的关系，我们可以更好地了解
物体的振动特性，为相关领域的研究和应用提供有价值的数据支持。
振弦式传感器计算公式振弦式传感器是一种常用的物理量测量装置，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。
它通过测量弦线的振动频率来实现对待测物理量的测量。
在实际应用中，我们需要根据传感器的参数和测量对象的特性，计算出相应的测量公式。
振弦式传感器的测量原理基于弦线的振动特性。
当一根弦线被激发后，会产生固有频率，即其自身固有的振动频率。
而这个固有频率受到弦线的长度、材质、张力等因素的影响。
因此，我们可以通过测量弦线的固有频率来推算出其他待测物理量的值。
我们需要了解振弦式传感器的特性参数。
主要包括弦线的长度L、杨氏模量E、弦线的质量线密度μ以及张力T。
这些参数都会对弦线的固有频率产生影响。
接下来，我们将介绍振弦式传感器的计算公式。
1. 弦线的固有频率f:弦线的固有频率与其长度L、杨氏模量E、质量线密度μ以及张力T有关。
可以通过以下公式进行计算：f = (1 / 2L) * √(T / μ) * (1 / √(1 + (E * A) / (T * L^2)))其中，A为弦线的横截面积。
2. 杨氏模量E的计算：杨氏模量E可以通过振动频率f、弦线的长度L、质量线密度μ以及张力T来计算：E = (4L^2 * μ * f^2) / (π^2 * A)3. 弦线的质量线密度μ计算：弦线的质量线密度μ可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及张力T来计算：μ = (π^2 * A * f^2) / (4L^2 * E)4. 弦线的张力T计算：弦线的张力T可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及质量线密度μ来计算：T = (π^2 * A * f^2 * L^2) /(μ * E)根据上述公式，我们可以根据已知的参数和测量的振动频率，计算出其他待测物理量的值。
需要注意的是，为了保证计算的准确性，我们需要提前对传感器和待测物理量进行校准，确保参数值的准确性。
总结：振弦式传感器是一种基于弦线振动特性的测量装置，通过测量弦线的固有频率来实现对待测物理量的测量。
振弦式传感器的频率敏感机理与应用江 修,张焕春,经亚枝(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)摘 要:分析振弦式传感器的频率敏感机理,理论上说明这类传感器的传感原理。
论述这类传感器使用过程中的关键———激振方式选择的理论依据。
比较2类振弦式传感器的特点及使用要点,理论推导和实际运用结合起来,实际使用说明了理论分析的正确性。
关键词:振弦式传感器;激振;基频;频率敏感机理中图分类号:TP212.1 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2003)12-0022-03Frequency sensitivity mechanism and application ofvibrating wire sensorsJ IAN G Xiu,ZHAN G Huan2chun,J IN G Ya2zhi(Coll of Automation E ngin,N anjing U niversity of Aeronautics&Astronautics,N anjing210016,China)Abstract:Frequency sensitivity mechanism and the sensing principle of vibrating wire sensors are developed and analyzed in theory.The key to the use of the sensor———the theoretical basis of the mode of exciting the sensor to vibrate is pared the characteristic and the main points in use of two kinds of vibrating wire sen2 sors,theoretical evaluation with pratical use is combined,an exam ple shows that theoretical analysis is right.K ey w ords:vibrating wire sensors;exciting to vibrate;basic frequency;frequency sensitivity mechanism0 引 言振弦式传感器属于谐振式传感器,它具有一般谐振式传感器的优点[1,2],广泛应用于水利、水电、铁道、交通、矿山、石油等土木建筑物及地基内结构中,感受压力的变化引起钢弦自振频率的变化,通过测量频率可求出被测压力[3,4]。
