多路振弦传感器的扫频激振技术
2 扫频激振原理及电路设计
2.1 扫频激振原理[2]
扫频激振技术是用一串连续变化的频率信号扫频输出去激振振弦传感器的激振线圈。当信号的频率和振弦的固有频率相近时，振弦能迅速达到共振状态，从而可靠起振。振弦起振后，其在线圈中产生的感应电势的频率即是振弦的固有频率。由于激振信号的频率用软件控制方便，所以只要知道振弦固有频率的大致范围(通常对一种已知传感器固有频率的大致范围是确定的），就可用这个频率附近的激振信号去激发它，使振弦很快起振。
2.2 扫频激振电路的设计
相比其他系列单片机，PIC系列单片机开发环境优越，精简的指令集和单字节指令使其执行效率高[3]。芯片内部自带看门狗定时器、A/D转换器、比较模块、USART异步串口通信模块、EEPROM存储器，从而精简了电路设计，降低了成本。由于可以设置睡眠和低功耗模式，减少了电路的功耗，提高了电路的可靠性。基于PIC16F873A的多路振弦传感器的扫频激振的硬件电路如图2所示。整个硬件电路分为中央控制器、扫频激振电路、显示模块、参数输入模块、等精度测频模块、RS485通信模块等部分。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/163029.htm
一般的单线圈振弦式传感器的固有频率范围是400 Hz～4 500 Hz之间，其输出频率随所受压力的变化而变化。若扫频信号的频率范围是400 Hz～4 500 Hz，需要扫频的时间长、激振效果差、可控性差。为了减少扫频时间，提高测量速度，根据振弦传感器的输出频率范围设置不同的扫频频段。其方法是：由参数输入电路输入扫频信号频率的上限值fmax和下限值fmin，以及相邻2个扫频信号频率的差值Δf，这些参数存储在单片机的片内EEPROM中。这样，输出的扫频信号很有针对性，输出的激振频率可控性好。这些正是该扫频激振技术的突出优点。
对于多通道振弦传感器的选择和隔离是通过金属化场效应管（MOSFET）固态继电器实现的。当选择某一路传感器时，其对应的MOSFET固态继电器导通，而其他路的MOSFET固态继电器截止。虽然其他路传感器的激振线圈通过MOSFET接在恒流激振电路的输出端，但是MOSFET截止时的漏电流极小，处于高阻态，因而不会对所选通路造成影响。另外，选通电路和恒流驱动电路是光隔离的，从而避免了选通电路和恒流驱动电路相互影响，进一步提高了扫频激振电路的可靠性。
根据振弦式传感器的特性，当激振信号太强时，振弦会产生倍频振动，由于倍频成分的不同，使得同一传感器获得的频率不同[4]。采用了恒流弱激振的方法，调整激振电流的大小，使其能可靠激振振弦传感器的基频，而又远离倍频。恒流激振的另一个优点是可以忽略传感器引线电阻的影响。
3 扫频激振的软件设计[3，5]
单片机PIC16F873A内带有捕捉/比较模块，用比较模式产生扫频信号十分方便。当要输出扫频激振信号时，首先使选择的通道号对应的MOSFET固态继电器导通，而使其他通道的MOSFET固态继电器截止处于高阻状态；其次，将捕捉/比较模块设置在比较模式下，把扫频信号频率的下限值fmin送到16 bit的比较数据寄存器中，清零定时器1的数据寄存器并启动定时器1开始定时计数。这时，比较数据寄存器中的值不断与定时器1数据寄存器的值比较，当两者相等时产生一个比较中断。在比较中断子程序中主要完成以下任务：(1)扫频信号输出口电平反转；(2)输出扫频信号的频率增加一个步距Δf；(3)将输出信号频率与扫频的上限频率值fmax比较，当扫频的频率值高于上限频率fmax时，停止扫频输出。用比较模式产生扫频信号的比较中断子程序框图如图3所示。
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