振弦式传感器是现在应力、应变丈量中较为先进的传感器之一。振弦式传感器的输出是频率信号,信号处理过程中无须进行A/D及D/A转化,因此,抗搅扰能力强,信号传输间隔远,并且对传输电缆要求低。别的,振弦式传感器还具有结构简略、精度高、寿命长等特色, 因此一向遭到工程界的重视。在工程使用中,振弦式传感器能够埋入或焊接在被测试件上,根本不存在张贴剂老化和掉落问题,具有很好的稳定性和重复性。关于细小的被测力改变可发生较大的频率改变,具有很高的灵敏度。
跟着现代电子读数仪技能、资料及生产工艺的开展,振弦式仪器技能也不断得以完善,成为新一代工程仪器的潮流,被广泛使用在建筑物根底、大坝、桥梁、公路、核电站的水泥外壳等需要对受力、位移、微裂缝的丈量中,还能够作为电子秤、皮带秤、轿车秤等的要害传感器。为了精确丈量应力、应变的改变,除了要研讨振弦式传感器的资料特性外,还有必要处理振弦传感器的激振和测频读数技能。为此,本文对振弦式传感器的激振技能和测频读数技能展开了研讨,介绍了根据PIC16F873单片机内比较输出形式的多路振弦传感器的扫频激振技能。
1 传统的间歇激振办法
为了丈量出振弦的固有频率,有必要设法激起弦振动。激起弦振动的办法一般有2种:(1)接连激振办法。这种办法又分为电流法和电磁法,在电流法中,振弦作为振动器的一部分,振弦中经过电流,所以有必要考虑振弦与外壳的绝缘问题。若绝缘资料与振弦热膨胀系数不同大,则易发生温差,影响丈量精度,接连激振简单使振弦疲惫。(2)间歇激振办法。如图1所示,振弦上装有一块小纯铁片,周围放置电磁铁,当电磁铁线圈通入脉动电流i后,电磁铁的磁性大大增强,然后吸住小铁片(振弦);当线圈中无电流流过,电磁铁就开释振弦。如此循环激振,弦就发生振动。要保持弦持续振动,就应不断地激起振弦。即电磁铁每隔必守时刻经过一次脉冲电流,使电磁铁守时地招引振弦,故须在电磁铁的线圈通以必定周期的脉冲电流。当中止激振时,因为惯性的效果,振弦持续做阻尼振动,电磁铁线圈中发生感应电动势,感应电动势的频率与弦的阻尼振动频率持平。这样可由输出电势的频率测得振弦的固有振动频率。
这种间歇式激振电路杂乱,一般由张驰振动器、电磁继电器、电源等部分组成。电磁继电器的体积大、功耗大、机械触点作业可靠性欠佳,振动器的振动频率调理规模不大,并且调理不能在线主动完成,然后使振弦起振有时较困难[2]。当要一起监测多路振弦传感器时,电路变得愈加杂乱。更为严重的是继电器驱动的激振线圈是理性负载,在间歇激振时发生较大的电磁搅扰,影响了监测精度,对其他电路的正常作业形成搅扰。为处理这些问题,关于多路振弦传感器的扫频激振选用时分复用办法。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继电器代替电磁继电器。这样,不光简化了电路,并且很好地处理了电磁搅扰问题。