振弦式傳感器

1、2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)14.8 振弦式傳感器振弦式傳感器弦樂器和樂鼓改變弦的粗細(xì)和長度，或改變鼓皮弦樂器和樂鼓改變弦的粗細(xì)和長度，或改變鼓皮的張緊度和厚度，就可改變它們的發(fā)聲頻率。的張緊度和厚度，就可改變它們的發(fā)聲頻率。2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)2顧名思義，傳感器的敏感元件是一根張緊的金屬絲，顧名思義，傳感器的敏感元件是一根張緊的金屬絲，稱為振弦。在電激勵(lì)下，振弦按其固有頻率振動(dòng)。改變稱為振弦。在電激勵(lì)下，振弦按其固有頻率振動(dòng)。改變振弦的張力振弦的張力F F，可以得到不同的振動(dòng)頻率，可以得到不同的振動(dòng)頻率f f，即，即張力與諧張力與諧振頻率成單值函數(shù)關(guān)系振頻率成

2、單值函數(shù)關(guān)系。一、工作原理和測量電路一、工作原理和測量電路（一）工作原理（一）工作原理mlFf21llElfv21=)(Ff對已定傳感器：對已定傳感器：Ff 2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)3（二）弦的激發(fā)方式（二）弦的激發(fā)方式要測量振弦振動(dòng)頻率，必須先激發(fā)振弦起振，給弦要測量振弦振動(dòng)頻率，必須先激發(fā)振弦起振，給弦以足夠的激勵(lì)力。以足夠的激勵(lì)力。振弦的激振方式：振弦的激振方式：間歇激發(fā)間歇激發(fā)1.1.連續(xù)激發(fā)連續(xù)激發(fā)2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)41、間歇激發(fā)間歇激發(fā)當(dāng)振蕩器給出激勵(lì)脈沖，繼電器吸合，電流通過磁鐵線當(dāng)振蕩器給出激勵(lì)脈沖，繼電器吸合，電流通過磁鐵線圈，使磁鐵吸住

3、振弦。脈沖停止后松開振弦，振弦便自圈，使磁鐵吸住振弦。脈沖停止后松開振弦，振弦便自由振動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)繼電器常閉接點(diǎn)輸由振動(dòng)，在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)繼電器常閉接點(diǎn)輸出。感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率即為振弦的固有頻率，通過測量出。感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率即為振弦的固有頻率，通過測量感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率即可測量振弦張力的大小。感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率即可測量振弦張力的大小。2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)52、連續(xù)激發(fā)連續(xù)激發(fā)連續(xù)激振使用了兩個(gè)電磁線圈，一個(gè)用于連續(xù)激勵(lì)，連續(xù)激振使用了兩個(gè)電磁線圈，一個(gè)用于連續(xù)激勵(lì)，另一個(gè)用于接收振弦的振蕩信號(hào)。當(dāng)振弦被激勵(lì)后，另一個(gè)用于接收振弦的振蕩信號(hào)。當(dāng)振弦被激勵(lì)后，

4、接收線圈接收線圈2 2接受感應(yīng)電勢，經(jīng)放大后，正反饋給激勵(lì)接受感應(yīng)電勢，經(jīng)放大后，正反饋給激勵(lì)線圈線圈1 1以維持振弦的連續(xù)振蕩。以維持振弦的連續(xù)振蕩。2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)6（三）部件性能對傳感器性能的影響（三）部件性能對傳感器性能的影響振弦振弦電磁鐵電磁鐵弦的夾緊件弦的夾緊件2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)7二、傳感器的特性分析二、傳感器的特性分析 1、靈敏度、靈敏度靈敏度靈敏度k與材料系數(shù)與材料系數(shù)K成正比而與弦的振動(dòng)頻率成反成正比而與弦的振動(dòng)頻率成反比。比。材料系數(shù)材料系數(shù)K材料的材質(zhì)；幾何尺寸材料的材質(zhì)；幾何尺寸n弦絲的長度弦絲的長度，l=12l=1220m

5、m20mm；弦絲的橫截面積；弦絲的橫截面積KllElfv2241llElfv21=llElKv241Kdfdf 2fKddfk22022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)82、非線性、非線性振弦式傳感器的輸出振弦式傳感器的輸出-輸入一般為非線性關(guān)系，其輸輸入一般為非線性關(guān)系，其輸出出-輸入特性如下圖所示。輸入特性如下圖所示。為了得到線性的輸出，可以選取曲線中近似直線的一段。為了得到線性的輸出，可以選取曲線中近似直線的一段。也可以用兩根振弦構(gòu)成也可以用兩根振弦構(gòu)成差動(dòng)式振弦傳感器差動(dòng)式振弦傳感器，通過測量兩根，通過測量兩根振弦的頻率差來表示應(yīng)力，可以大大地減小傳感器的溫度振弦的頻率差來表示應(yīng)力，可

6、以大大地減小傳感器的溫度誤差和非線性誤差。誤差和非線性誤差。2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)93、頻率穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性振弦長度振弦長度l和材料彈性模量和材料彈性模量E受溫度的影響直接影響傳受溫度的影響直接影響傳感器的頻率穩(wěn)定性，而兩者的影響是相反的。感器的頻率穩(wěn)定性，而兩者的影響是相反的。KllElfv2241ldlEdEfdff2322022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)10三、振弦式傳感器的應(yīng)用三、振弦式傳感器的應(yīng)用1、振弦式混凝土表面應(yīng)變計(jì)、振弦式混凝土表面應(yīng)變計(jì) 運(yùn)用：測量混凝土表面的應(yīng)變，運(yùn)用：測量混凝土表面的應(yīng)變，主要設(shè)計(jì)用于安裝到混凝土結(jié)主要設(shè)計(jì)用于安裝到混凝土結(jié)構(gòu)上，如構(gòu)上，如:混凝土結(jié)構(gòu)、樁；梁；混凝土結(jié)構(gòu)、樁；梁；橋；錨筋；隧洞襯砌；吊索。橋；錨筋；隧洞襯砌；吊索。在混凝土結(jié)構(gòu)上以及使用區(qū)間在混凝土結(jié)構(gòu)上以及使用區(qū)間有限的部位僅需一個(gè)小截面即有限的部位僅需一個(gè)小截面即可安裝?？砂惭b。2022-1-7第四章 非電量的電測技術(shù)112、振弦式沉降儀、振弦式沉降儀 運(yùn)用：用于測量和控制縱運(yùn)用：用于測量和控制縱向運(yùn)動(dòng)