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多路振弦传感器的扫频激振技术

作者:时间:2010-06-21来源:网络收藏
振弦式是目前应力、应变测量中较为先进的之一。振弦式的输出是频率信号,信号处理过程中无须进行A/D及D/A转换,因此,抗干扰能力强,信号传输距离远,而且对传输电缆要求低。另外,振弦式还具有结构简单、精度高、寿命长等特点, 因而一直受到工程界的关注。在工程应用中,振弦式可以埋入或焊接在被测试件上,基本不存在粘贴剂老化和脱落问题,具有很好的稳定性和重复性。对于微小的被测力变化可产生较大的频率变化,具有很高的灵敏度。
随着现代电子读数仪、材料及生产工艺的发展,振弦式仪器也不断得以完善,成为新一代工程仪器的潮流,被广泛应用在建筑物基础、大坝、桥梁、公路、核电站的水泥外壳等需要对受力、位移、微裂缝的测量中,还可以作为电子秤、皮带秤、汽车秤等的关键传感器。为了准确测量应力、应变的变化,除了要研究振弦式传感器的材料特性外,还必须解决振弦传感器的激振和测频读数。为此,本文对振弦式传感器的激振技术和测频读数技术展开了研究,介绍了基于PIC16F873单片机内比较输出模式的多传感器的扫频激振技术。
1 传统的间歇激振方法[1]
为了测量出振弦的固有频率,必须设法激发弦振动。激发弦振动的方式一般有2种:(1)连续激振方式。这种方式又分为电流法和电磁法,在电流法中,振弦作为振荡器的一部分,振弦中通过电流,所以必须考虑振弦与外壳的绝缘问题。若绝缘材料与振弦热膨胀系数差别大,则易产生温差,影响测量精度,连续激振容易使振弦疲劳。(2)间歇激振方式。如图1所示,振弦上装有一块小纯铁片,旁边放置电磁铁,当电磁铁线圈通入脉动电流i后,电磁铁的磁性大大增强,从而吸住小铁片(振弦);当线圈中无电流流过,电磁铁就释放振弦。如此循环激振,弦就产生振动。要维持弦持续振动,就应不断地激发振弦。即电磁铁每隔一定时间通过一次脉冲电流,使电磁铁定时地吸引振弦,故须在电磁铁的线圈通以一定周期的脉冲电流。当停止激振时,由于惯性的作用,振弦继续做阻尼振动,电磁铁线圈中产生感应电动势,感应电动势的频率与弦的阻尼振动频率相等。这样可由输出电势的频率测得振弦的固有振动频率。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/163029.htm

这种间歇式激振电路复杂,通常由张驰振荡器、电磁继电器、电源等部分组成。电磁继电器的体积大、功耗大、机械触点工作可靠性欠佳,振荡器的振荡频率调节范围不大,并且调节不能在线自动实现,从而使振弦起振有时较困难[2]。当要同时监测多传感器时,电路变得更加复杂。更为严重的是继电器驱动的激振线圈是感性负载,在间歇激振时产生较大的电磁干扰,影响了监测精度,对其他电路的正常工作造成干扰。为解决这些问题,对于多传感器的扫频激振采用时分复用方法。即多路传感器共用一个扫频信号源,当要巡检某路传感器时,由选择开关将扫频信号源与此路传感器接通;用MOS FET继电器替代电磁继电器。这样,不但简化了电路,而且很好地解决了电磁干扰问题。


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