振弦式传感器的应用和发展研究

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言在现代工业生产过程中，振弦传感器的使用愈发普遍。

对于如地震、桥梁、大坝等重要工程结构的监测，其准确性、稳定性和实时性要求极高。

总线式振弦传感器监测装置作为现代传感器技术的重要一环，其研究与开发对于提高监测系统的性能和可靠性具有重要意义。

本文将详细探讨总线式振弦传感器监测装置的研究与开发，包括其原理、设计、应用等方面。

二、总线式振弦传感器原理及特点总线式振弦传感器是一种基于振弦效应的传感器，其工作原理是通过测量振弦的振动频率或振动周期来反映被测物理量的变化。

振弦传感器具有测量范围广、精度高、稳定性好等优点，广泛应用于各种工程结构的监测。

总线式振弦传感器通过采用总线技术，实现了多个传感器的并联连接，简化了系统布线，提高了系统的可扩展性和可靠性。

三、总线式振弦传感器监测装置的设计1. 硬件设计：总线式振弦传感器监测装置的硬件设计主要包括传感器部分和数据处理部分。

传感器部分负责采集振弦的振动信息，包括振弦的振动频率或振动周期；数据处理部分负责对采集的数据进行处理和分析，如信号滤波、数据转换等。

同时，为保证数据的实时性和可靠性，硬件设计还需考虑抗干扰能力、低功耗等方面的要求。

2. 软件设计：软件设计是总线式振弦传感器监测装置的核心部分，主要包括数据采集、数据处理、数据传输和上位机软件等部分。

数据采集部分负责从传感器中获取原始数据；数据处理部分负责对原始数据进行处理和分析，提取有用的信息；数据传输部分负责将处理后的数据传输给上位机；上位机软件负责对数据进行进一步的处理和展示。

四、总线式振弦传感器监测装置的应用总线式振弦传感器监测装置广泛应用于各种工程结构的监测，如桥梁、大坝、建筑结构等。

通过安装振弦传感器，可以实时监测结构的状态和变化，及时发现潜在的安全隐患。

同时，总线式振弦传感器监测装置还可以与其他监测系统进行集成，实现多参数、多功能的综合监测。

五、结论总线式振弦传感器监测装置的研究与开发对于提高工程结构监测的准确性和可靠性具有重要意义。

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言在现代工业生产过程中，精确的监测和控制系统是确保设备正常运行和保障生产安全的关键。

总线式振弦传感器监测装置作为一种新型的监测设备，具有高精度、高可靠性、易于扩展等优点，被广泛应用于各种工业生产环境中。

本文旨在研究并开发总线式振弦传感器监测装置，以提高工业生产过程中的监测效率和准确性。

二、研究背景随着工业自动化程度的不断提高，对设备监测技术的要求也越来越高。

总线式振弦传感器作为一种重要的监测设备，具有高灵敏度、高稳定性和良好的抗干扰能力等特点，广泛应用于各种复杂环境下的设备监测。

然而，传统振弦传感器的数据处理和传输方式已经不能满足现代工业的需求。

因此，本研究致力于开发一种基于总线的振弦传感器监测装置，以实现数据的高效传输和实时处理。

三、技术路线及方法（一）硬件设计本研究中，硬件设计主要涉及传感器部分、信号处理部分以及接口部分的设计。

首先，采用高质量的振弦传感器，以提高测量精度。

其次，通过信号处理电路对传感器输出的信号进行放大、滤波和整形等处理，以提高信号的信噪比。

最后，设计符合总线标准的接口电路，实现与上位机的通信。

（二）软件开发软件开发部分主要包括数据采集、数据处理和数据传输等模块。

通过编写相应的程序代码，实现对振弦传感器输出的信号进行实时采集和处理，并将处理后的数据通过总线传输至上位机。

此外，还需要编写相应的通信协议，以实现与上位机的可靠通信。

（三）系统集成与测试在完成硬件和软件的设计后，需要进行系统集成与测试。

首先，将硬件和软件进行集成，形成一个完整的总线式振弦传感器监测装置。

然后，在实际环境中进行测试，验证其性能和可靠性。

最后，根据测试结果对系统进行优化和改进。

四、实验结果与分析（一）实验结果通过实验测试，本研究开发的总线式振弦传感器监测装置具有较高的测量精度和稳定性。

在各种复杂环境下的测试结果表明，该装置能够实时、准确地采集和处理振弦传感器的数据，并通过总线将数据传输至上位机。

题目摘要关键词abstractkye words1引言振弦式传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。

其输出的是频率信号，不需要A/D 或D/A 转换，抗干扰能力强，能够远距离传输。

其稳定性、重复性较好，结构简单，寿命长，灵敏度高，因此被广泛应用于大坝、桥梁、公路等对力、位移和裂缝的检测。

国际上生产振弦式传感器的著名厂家有美国基康公司，法国TELEMAL 等，他们生产的振弦式传感器在精度、寿命和稳定性方面都有良好的表现。

如今，振弦式传感器已经成为了应力、应变测量的先进传感器之一。

2振弦式传感器的工作原理金属丝在一定的拉力下具有一定的自振频率。

随着应力的变化，其自振频率也跟着变化。

而其自振频率跟应力具有某种数学关系。

所以，通过测量金属弦的固有频率就可以换算得到外界参数的变化。

图1是振弦式传感器的等效物理模型。

金属弦的自振频率的得到公式如下：f = (1) 式中，f 为金属弦的自振频率；l 为金属弦的长度；ρ为金属弦的线密度；T 为金属弦所受张力。

而v T s s E l l σρρσ⎧=⨯⎪⎪=⨯⎨⎪∆=⎪⎩(2)式中，σ为金属弦所受应力；s 为金属弦横截面积；v ρ为金属弦的体密度；E 为金属弦的弹性模量；l ∆为金属弦受张力后的长度增量。

将式(2)带入式(1)，得f =(3)由上式可看出，当传感器确定之后，弦长l 、弹性模量E 、弦的体密度v ρ都为常量。

外力的变化引起弦长度的增量l ∆与弦的自振频率存在着确定的关系式。

3振弦式传感器的发展历史与现状1919年，谢弗和麦哈克公司联合研制了世界上首款振弦式传感器。

虽然这款传感器能够用来测量应变。

但是由于其自身的缺点，如测量范围窄、灵敏度低等，而未能大规模应用于工程实践中。

而后由于技术的发展，不仅提高了其范围与灵敏度，测量与传输距离也大幅提高。

使得振弦式传感器不仅用于应变的测量，还可以用来测量液位、位移、扭矩等。

虽然此时振弦式传感器的各项性能已经满足工程测量的需求，但却未能广泛应用。

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]。

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对于设备状态监测和故障诊断的需求日益增强。

总线式振弦传感器监测装置作为新型的监测工具，以其高精度、高效率及易于扩展的特点，广泛应用于工业设备的状态监测与控制。

本文旨在研究和开发一种新型的、高效率的总线式振弦传感器监测装置，以实现对设备状态的实时监测和故障预警。

二、总线式振弦传感器的工作原理总线式振弦传感器是一种基于振弦效应进行测量的传感器，其工作原理是通过测量振弦的振动频率或振动周期来反映被测物体的状态。

该传感器具有高灵敏度、高稳定性和长寿命等特点，适用于各种复杂环境下的设备状态监测。

三、总线式振弦传感器监测装置的设计与实现（一）硬件设计总线式振弦传感器监测装置的硬件设计主要包括传感器、信号处理电路、数据采集电路以及总线接口电路等部分。

其中，传感器负责采集被测物体的振动信息，信号处理电路对采集到的信号进行滤波、放大等处理，数据采集电路将处理后的信号转化为数字信号，总线接口电路则负责与上位机进行数据传输。

（二）软件设计软件设计是总线式振弦传感器监测装置的核心部分，主要包括数据采集、数据处理、数据传输以及用户界面等部分。

数据采集部分负责从传感器中获取振动信息，数据处理部分对采集到的数据进行处理和分析，数据传输部分将处理后的数据通过总线传输到上位机，用户界面则提供友好的人机交互界面。

四、总线式振弦传感器监测装置的优点（一）高精度：总线式振弦传感器具有高精度的测量能力，能够准确反映被测物体的状态。

（二）高效率：该监测装置具有快速的数据处理能力和高效的数据传输速率，能够实现对设备状态的实时监测。

（三）易于扩展：该监测装置采用总线式结构，易于与其他设备进行连接和扩展，方便实现系统的升级和维护。

五、实验与分析通过实验验证了总线式振弦传感器监测装置的有效性和可靠性。

实验结果表明，该装置能够准确测量设备的振动信息，实时反映设备的状态，并能够在设备出现故障时及时发出预警。

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言在现代工业生产过程中，精确监测与实时掌握设备的状态和运行数据变得至关重要。

作为现代传感技术的一种重要应用，总线式振弦传感器以其独特的优点和可靠性在许多领域获得了广泛应用。

本篇文章旨在阐述总线式振弦传感器监测装置的研究与开发，介绍其设计思路、原理以及在实际应用中的优势和影响。

二、总线式振弦传感器的基本原理与特性总线式振弦传感器是一种基于振弦原理的传感器，其核心部分为振弦，通过测量振弦的振动频率或周期来反映被测对象的物理量变化。

其基本原理是利用振弦的固有频率与外部物理量（如压力、温度等）之间的关系，通过测量振弦的振动状态来获取所需信息。

总线式振弦传感器具有以下特性：1. 高精度：由于振弦的振动频率与外部物理量之间存在稳定的对应关系，因此可以获得较高的测量精度。

2. 稳定性好：振弦的振动状态受外界干扰较小，因此测量结果稳定可靠。

3. 抗干扰能力强：总线式结构使得传感器之间可以相互通信，提高了系统的抗干扰能力。

三、总线式振弦传感器监测装置的设计与开发总线式振弦传感器监测装置主要由振弦传感器、信号处理电路、总线接口电路以及上位机软件等部分组成。

下面将分别介绍各部分的设计与开发。

1. 振弦传感器设计：根据实际需求，选择合适的振弦材料和结构，确保其能够准确反映被测对象的物理量变化。

2. 信号处理电路设计：对振弦传感器输出的信号进行放大、滤波、整形等处理，以便于后续的测量和分析。

3. 总线接口电路设计：设计符合总线标准的接口电路，实现传感器与上位机之间的数据传输和通信。

4. 上位机软件开发：开发上位机软件，实现对传感器数据的采集、处理、存储和显示等功能。

在设计与开发过程中，需要充分考虑系统的可靠性、稳定性和可维护性等因素，确保系统在实际应用中能够长期稳定运行。

四、实际应用与优势总线式振弦传感器监测装置已广泛应用于工业生产、环境监测、航空航天等领域。

其在实际应用中的优势主要体现在以下几个方面：1. 高精度测量：由于采用振弦原理进行测量，因此可以获得较高的测量精度，满足各种应用需求。

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。

浅谈振弦式传感器在大坝安全监测中的优势与应用摘要：振弦式传感器由于其工作原理简单、精度和稳定性高及抗干扰力强，在大坝安全监测中已经被广泛应用。

本文介绍了振弦式传感器的工作原理、在大坝安全监测中的优势以及在应力/应变、变形、渗流和温度等大坝安全监测项目中的应用。

关键词：大坝安全监测监测仪器振弦式传感器振弦应用大坝安全监测是指：水库大坝从施工开始到工程结束投入使用的全部过程，都需要对建筑物安全性能和运行状态进行安全监测。

大坝安全监测中最基础、最主要的就是监测仪器，对建筑物安全性能和运行状态的了解和分析，主要依靠各种监测仪器提供的测量数据。

振弦式传感器就是众多监测仪器中的一种，从20世纪30年代发明至今，随着电子读数仪技术、材料和生产工艺的发展，振弦式传感器已成为一种性能十分完善且能满足大坝安全监测应用要求的监测仪器。

1 振弦式传感器工作原理的介绍1.1振弦式传感器的构造振弦式传感器由受力弹性形变外壳(或膜片)、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。

而钢弦就是振弦式传感器的振弦。

（如图l所示）1.2振弦式传感器的工作原理振弦式传感器的工作原理就是测量张紧钢弦的频率变化来测量钢弦应力的物理量。

1.2.1频率（周期）与变形（应变）之间的关系振弦的固有频率（共振频率）与应力，长度和质量有关，公式如下：由于钢弦的质量m、钢弦长度Ｌw、截面积S、弹性模量E可视为常数，因此，钢弦的应力Ｆ与输出频率f建立了相应的关系：即当外力F0未施加时，则钢弦按初始应力作稳幅振动，输出初频f0；当施加外力F1 (即被测力——拉力或压力)时，则形变壳体(或膜片)发生相应的拉伸或压缩，使钢弦的应力增加或减少，这时频率也随之增加或减少为f1。

因此，只要测得振弦频率值f1，即可得到相应被测的力——拉力或压力值等。

1.2.2振弦式传感器的工作原理现以双线圈连续等幅振动的激振方式，来表述振弦式传感器的工作原理。

如图l所示，工作时开启电源，线圈带电激励钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出，同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，这样不断地反馈循环，加上电路的稳幅措施，使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动，然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。

振弦式传感器的优势振弦式传感器是测量物体振动的一种传感器，它可以通过检测物体的振动频率和振幅来获得物体的运动状态和变形情况。

与其他传感器相比，振弦式传感器具有以下优势。

灵敏度高振弦式传感器采用了振动式原理，其灵敏度比力学式传感器、光学传感器和电子式传感器等传感器高出许多。

在测量细小的振动时，振弦式传感器比其他传感器更加精确。

同时，由于其不受外部电磁干扰的影响，其测量精度也更高。

频率范围广振弦式传感器可以覆盖较大的频率范围，从几千赫兹到几十千赫兹的频率均可测量。

对于一些高速、高频的振动测量，振弦式传感器的应用效果更加明显。

由于其工作原理简单，因此可以在低频、小频率下进行测量，具有一定的多功能性。

线性度高振弦式传感器的输出信号与振动的振幅、频率成直线关系，即具有线性特性，更容易进行信号处理。

通过信号处理技术，可以更好的处理数据，提高数据的平滑性和准确性。

尺寸小振弦式传感器的结构简单、尺寸小、重量轻。

在实际应用中，振弦式传感器可以轻松地集成到物体上，不必担心传感器本身对物体的影响。

在小空间和夹角处，振弦式传感器也显得格外适合。

维护成本低振弦式传感器的结构简单，工作原理可靠，运动部件少，因此其使用寿命比其他传感器更长。

同时，其维护成本也低。

振弦式传感器的输出信号稳定而精确，无需额外的校准和修理，减少了维护的需求，降低了使用成本。

应用广泛振弦式传感器的应用范围非常广泛，可以用于机械、工程、建筑、能源、生物、医学等多个领域。

因为其可靠性高、精度高、线性好，振弦式传感器被广泛应用于振动磨损、结构健康监测、风力发电机、空气动力学、空气污染等领域。

并且由于其灵敏度高、尺寸小，可以在极为恶劣的环境下进行长期稳定的运转。

总的来说，振弦式传感器由于其高灵敏度、广泛的频率范围、高线性度、小尺寸、低维修使用成本，以及广泛的应用领域等优点，成为了众多领域中优秀的传感器之一，发挥了巨大的作用。

从现有的技术进展来看，振弦式传感器的应用领域仍将会进一步扩展。

振弦式传感器的工作原理及其特点1. 概述振弦式传感器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。

由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。

与工程、科研中普遍应用的电阻应变计相比，有着突出的优越性：(1)振弦传感器有着独特的机械结构形式并以振弦频率的变化量来表征受力的大小，因此具有长期零点稳定的性能，这是电阻应变计所无法比拟的。

在长期、静态测试传感器的选择中，振弦传感器已成为取代电阻应变计、而广泛应用于工程、科研的长期原观的测试手段。

(2)随着电子、微机技术的发展，从实现测试微机化、智能化的先进测试要求来看，由于振弦传感器能直接以频率信号输出，因此，较电阻应变计模拟量输出能更为简单方便地进行数据采集、传输、处理和存储，实现高精度的自动测试。

为此，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。

2. 工作原理振弦式传感器由受力弹性形变外壳(或膜片)、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。

钢弦自振频率与张紧力的大小有关，在振弦几何尺寸确定之后，振弦振动频率的变化量，即可表征受力的大小。

现以双线圈连续等幅振动的激振方式，来表述振弦式传感器的工作原理。

如图l所示，工作时开启电源，线圈带电激励钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出，同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，这样不断地反馈循环，加上电路的稳幅措施，使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动，然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。

振弦式传感器在边坡自动化监测中的应用摘要：随着边坡自动化监测的逐步发展，越来越多的传感器被使用在边坡自动化监测中。

振弦式传感器由于其具有结构简单稳定、测量精度高，抗干扰性良好的特点，已经被广泛的使用在很多土木工程中。

本文简单介绍了振弦式传感器的原理和应用，并简单描述了一个基于振弦式传感器的边坡自动化监测系统。

关键词振弦式传感器；物联网；公路边坡；自动化监测中图分类号：TP212.9，TP2710引言随着我国交通行业基础设施建设事业的蓬勃发展，公路边坡也越来越多，由于公路边坡常常位于较为偏僻的荒野中，恶劣的自然环境严重影响着传感器的寿命和测量精度，而且设备维护也不方便，对自动化监测工作是个严峻的考验。

振弦式传感器具有较高的灵敏度、良好的抗干扰性和较为简单的结构，已经被广泛的应用在了各行各业中，如桥梁结构健康监测[1]，大坝安全监测[2]等钢构建筑的监测，深基坑监测[3]等；其中文献[1]以MSP430F449单片机为核心，设计了适用于振弦式传感器的信号调理电路和温度补偿电路，实现了桥梁工程中地参数自动化实时监测；文献[2]在实际的大坝监测工作中，使用了振弦式的渗压计、测缝计等传感器，通过实际工程监测结果，说明了振弦式传感器可以满足大多数工程的需要；文献[3]在振弦式传感器的基础上，结合了物联网技术，设计出一种可以对深基坑安全状况进行实时监测评估的智能化监测系统。

也有学者研究了基于振弦式传感器的边坡自动化监测系统[4-5]，文献[4]以振弦式传感器为基础，设计了由数据采集、服务端处理、Web展示三个模块组成的公路边坡安全监测系统；文献[5]同样以振弦式传感器为基础，设计了边坡自动化监测系统，特点是做了数据修正，并且针对敏感数据进行预警处理。

为了保证振弦式传感器的测量精度，文献[6-7]都采用了硬件设计和软件程序处理相结合的方法来解决了振弦式传感器现场测量中遇到的干扰问题；由于温度的变化对振弦式传感器的测量结果有较为明显的影响，文献[8]为了得到合理的振弦式应变传感器的温度修正算法，在某大桥高强度混凝土收缩徐变的试验研究中，分别做了自由状态下的和埋入圆柱体混凝土与钢管混凝土三种状态的实验，根据实验结果拟合了不同条件下振弦式应变传感器的温度补偿公式，得到了更好的温度补偿效果。

收稿日期:2004-06-28作者简介:张　莉(1973-),女,山西平顺人,工程师,硕士,从事煤炭技术开发与管理工作。

理论研究振弦式应变传感器特性研究张　莉(天地科技股份有限公司,北京和平里　100013)摘　要:振弦式应变传感器具有很多特点和优点,稳定性好,可靠性高,近年来被一些重大工程如核电站安全壳、煤矿井巷等所广泛选用。

介绍了振弦式应变传感器基本原理,工作特征和使用选型。

关键词:振弦式应变传感器;应变;频率;灵敏系数中图分类号:T H87 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2004)05-0002-031　工作原理将一根金属丝(弦)两端固定然后张拉,金属丝内部将产生一定的张力,此时金属丝的固有振动频率与其内部张力就具有一定的定量关系,根据动力学原理可以得到金属丝振动公式(1)。

f =k l σρ(1)式中:f ———金属弦的振动频率,Hz ;k ———0,1,2……;σ———金属丝内部张力,N ;l ———金属丝长度,m ;ρ———金属丝密度,kg /m 。

由公式(1)知,金属丝振动频率与张力的平方成正比,当金属丝内部张力变化时,其固有振动频率将随之发生变化,通过测试弦的固有振动频率的变化就可以确定其内部张力,而内部张力可以由结构应变引起,振弦式应变传感器就是根据这一原理而制成。

振弦式应变传感器结构,见图1。

一根金属钢丝弦两端被固定,外部有一金属管起支撑和保护作用,金属管的中间位置有一个激励线圈和测温电阻,用一个脉冲电压信号去激励线圈,线圈中将产生变化的磁场,钢丝弦在磁场作用下产生衰减振动,振动频率为钢丝弦固有频率,因此可知钢丝弦固有频率与其长度、内部张力有关。

当传感器两端受到压缩或拉伸时,其内部张力将发生变化,从而引起钢丝弦固有频率的变化,所以通过钢丝弦的固有频率的变化,可以方便地测出外界应变的变化。

振弦式传感器主要有两种工作方式,一种是单线圈激励方式,另一种为双线圈激励方式。

什么是振弦式传感器？振弦式传感器是一种常见的物理量测量设备，它基于物体的振动特性来测量物理量，比如压力、重量、力等。

振弦式传感器是一种非常精确和高精度的传感器，其测量的准确性很高，常用于实验室和科研领域中。

工作原理振弦式传感器主要由振弦和线性电容数组组成。

振弦是一种能够发生固有频率振动的弹性元件，它的振动特性与物体的质量和弹性系数有关。

当振弦受到外力作用时，其产生的振动会引起线性电容数组的电容值改变，通过测量电容差值即可计算出物体所受的力或压力大小。

优点和缺点振弦式传感器具有以下优点：1.高精度：振弦式传感器测量的准确性非常高，可以达到微克级别。

2.宽频响：振弦式传感器的工作频率范围很宽，可以满足不同要求的测量需求。

3.可扩展：振弦式传感器可以与其他传感器组合使用，实现多种物理量的测量。

4.稳定性好：振弦式传感器具有较好的稳定性和可靠性。

但是，振弦式传感器也具有以下缺点：1.价格较高：振弦式传感器的制造和校准成本较高，导致价格较高。

2.独立性差：振弦式传感器在外力作用时容易受到干扰，对测量结果产生影响。

3.大量原材料：振弦式传感器需要大量的原材料，制造过程对环境产生一定的影响。

因此，使用振弦式传感器需要仔细评估利弊，根据实际需求选择合适的传感器。

应用场景振弦式传感器被广泛应用于以下领域：1.实验研究：振弦式传感器在实验室中被用来测量微小物理量，如分子质量、微重量、弹性恢复力等。

2.工业制造：振弦式传感器可用于测量机器设备的振动、电机的角动量、压力等物理量，从而保证设备的正常运行。

3.建筑结构监测：振弦式传感器可以用于监测构建结构的振动频率、应变、压力等物理量，以诊断和修复建筑结构的损伤。

4.医学领域：振弦式传感器可用于测量人体的重量、血压、心率等生理参数，从而帮助医生诊断疾病。

总结振弦式传感器是一种高精度和稳定性好的传感器，被广泛应用于实验室、工业制造、建筑监测和医学领域等。

虽然其价格较高、独立性差、对环境影响较大，但是在一些精密度高、准确度要求高的领域中仍是首选传感器。

第29卷第1期2010年2月Vol.29No.1Feb.201052　Jo urnal of Shandong Universit y of Science and TechnologyN a t u r a l S c i e n c e高准确度振弦式传感器研究邓铁六1,赵胜利2,赵振远1,2,赵胜民2(1.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛266510;2.泰安科达振远仪器仪表有限公司,山东泰安271019)摘　要:为提高振弦传感器的准确度,提出标准二次抛物线数学模型,在其指导下,开发了恒流输出自激型弱激发钢弦激发电路;改进了传感器工作膜结构,为压力传感器设计了弹性膜中心有大直径厚台的H 型工作膜、并加胶消除高压液体横向胀力干扰。

用该方法制造的16只振弦压力传感器,标定后用标准二次抛物线模型拟合,其中11只准确度优于011%FS ,滞后<012%FS ,使振弦压力传感器进入高准确度压力传感器行列;在此基础上将压力传感器与带活塞的油缸组合,解决了高准确度大量程测力称重传感器的制造问题。

由此可见,在振弦传感器系列研究成果中,标准二次抛物线模型起着基础和核心作用,采用这一模型可制造高准确度振弦式传感器,且在一般应用中,不需另加温漂修正。

关键词:振弦传感器;数学模型;钢弦激发电路;工作膜;力与液体压力转换中图分类号:TP212.12 文献标志码:A 文章编号:167223767(2010)0120052206R esearch on High Accura cy Vibra ting 2wire SensorsDEN G Tie 2liu 1,ZHAO Sheng 2li 2,ZHAO Zhen 2yua n 1,2,ZHAO Sheng 2mi n 2(1.College of Mecha nical and Electronic Engineering ,SUS T ,Qingdao ,shandong 266510,China ;2.Taian K DZY Instrument &Meter Co.L td.,Taian ,Sha ndong 271019,China)Abstract :In or der to imp rove t he accuracy of vibrating 2wire p ressure sensors ,a ma the matical model of univer sal quadratic para bola wa s proposed ,U nde r the direction of this model ,we develope d the consta nt cur rent outp ut ,weak e xcitation ,self 2excitation circuit of vibrating 2wire ,and improve d the elastomeric diaphra gm structure :which is t he H 2shape ela stome ric diap hr agm with thick boss in lar ge diameter wa s newly made in the cente r of the pressure sensor ,and also the inte rf erence of high hydra ulic expandable force could be eliminated by the way of adding gum.Then 16pr essure sensors were p roduced in thi s way.Af te r testing the m in gava ge they were take n to agree wit h the mat hematical model of unive rsal quadratic para bola.Among them 11pressure sensor ’s accuracy is superior to 011%FS ,and hyste resis <012%FS.That ma kes the se pr essure se nsor s edge into the ra nk of high accuracy ones.On the basis of t he re sult ,we combined t he pre ssure sensor with pi ston oil 2cylinder to solve t he p roblem in producing the high acc uracy sensor s for lar ge weighing equipment s.Thus it can be seen t hat the mat hematical model of univer sal quadratic para bola plays the key role in getting the re sult of resear ching pre ssure sensors.Based on this mo del the high accuracy vibrating 2wire se ns o rs can be p roduced ,in a ddition ,the cor rection of temperat ure drift can be ignored in gener al application.Key w or d :vibrating 2wire se nsor ;mat hematical model ;excitation circ uit of vibrating 2wire ;ela stomeric diap hra gm ;force hydraulic conve rsio n收稿日期22作者简介邓铁六(35—),男,湖南永州人,教授,国家有突出贡献专家,主要从事振弦式传感器相关技术和监测系统的研究 振弦式传感器寿命长达数十年,长期稳定性好,可长期工作于潮湿环境。

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言随着现代工业技术的快速发展，对于设备状态监测和故障诊断的需求日益增强。

总线式振弦传感器监测装置作为一种新型的监测技术，具有高精度、高可靠性、易于维护等优点，被广泛应用于各种工业领域。

本文旨在研究总线式振弦传感器监测装置的原理、技术及其应用，并对其开发过程进行详细介绍。

二、总线式振弦传感器的工作原理及特点总线式振弦传感器是一种利用振弦的振动特性来测量物理量的传感器。

其工作原理基于压电效应或电磁感应原理，通过测量振弦的振动频率或振幅，可以推算出待测物理量（如应力、温度、压力等）的大小。

总线式振弦传感器具有以下特点：1. 高精度：能够精确测量物理量的变化。

2. 高可靠性：具有良好的稳定性和抗干扰能力。

3. 易于维护：结构简单，便于安装和维护。

4. 易于扩展：可通过总线方式连接多个传感器，实现分布式监测。

三、总线式振弦传感器监测装置的研究与开发1. 硬件设计总线式振弦传感器监测装置的硬件设计主要包括传感器、信号处理电路、微处理器及通信接口等部分。

其中，传感器负责采集振弦的振动信息，信号处理电路对采集的信号进行放大、滤波和整形等处理，微处理器负责数据处理和存储，通信接口实现与上位机的数据传输。

在硬件设计过程中，需要充分考虑抗干扰能力、功耗、体积和成本等因素。

为提高系统的抗干扰能力，可采用屏蔽电缆、滤波电路等措施；为降低功耗，可选择低功耗芯片和优化电路设计；为减小体积和降低成本，可采用模块化设计，将系统分为若干个模块，分别进行优化和集成。

2. 软件设计软件设计是总线式振弦传感器监测装置的核心部分，主要包括数据采集、数据处理、数据存储和通信协议等部分。

数据采集需要实时采集传感器的振动信息，并进行初步处理；数据处理需要对采集的数据进行进一步的分析和处理，以提取有用的信息；数据存储需要将处理后的数据存储在本地或远程服务器上，以便后续分析和查询；通信协议需要实现与上位机的数据传输和交互。

《总线式振弦传感器监测装置的研究与开发》篇一一、引言随着工业自动化和智能化水平的不断提高，各种新型的传感器技术被广泛应用于各个领域。

总线式振弦传感器监测装置作为其中的一种重要技术，因其高精度、高稳定性及可扩展性等优点，被越来越多的工业应用所青睐。

本文将重点探讨总线式振弦传感器监测装置的研究与开发，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。

二、总线式振弦传感器概述总线式振弦传感器是一种基于振弦原理的传感器，其工作原理是通过测量振弦的振动频率或周期来反映被测物理量的变化。

振弦传感器具有高精度、高稳定性、抗干扰能力强等优点，因此在各种工业测量和控制系统中得到了广泛应用。

总线式振弦传感器则是在传统振弦传感器的基础上，通过引入总线技术，实现了多传感器之间的数据传输和共享，提高了系统的可扩展性和可靠性。

三、总线式振弦传感器监测装置的研究1. 传感器结构设计总线式振弦传感器监测装置的传感器部分需要具备高精度、高稳定性的特点。

因此，在传感器结构设计中，需要考虑到振弦的材质、形状、尺寸等因素，以及传感器的安装方式和环境因素对测量结果的影响。

同时，为了实现多传感器的数据传输和共享，还需要设计合理的总线接口和通信协议。

2. 信号处理与算法研究信号处理和算法研究是总线式振弦传感器监测装置研究的关键部分。

在信号处理方面，需要采用数字信号处理技术对传感器采集到的信号进行滤波、放大、采样等处理，以提高信号的信噪比和精度。

在算法研究方面，需要采用先进的信号分析方法，如频谱分析、波形识别等，以实现对被测物理量的准确测量和数据处理。

四、总线式振弦传感器监测装置的开发1. 硬件开发总线式振弦传感器监测装置的硬件开发主要包括传感器模块、数据采集模块、数据处理模块、通信模块等部分的开发和集成。

在硬件开发过程中，需要考虑到系统的可靠性、稳定性、功耗等因素，以及不同传感器之间的兼容性和互操作性。

2. 软件开发软件开发是总线式振弦传感器监测装置开发的重要组成部分。