基于振弦式傳感器測頻系統(tǒng)的設計

1、基于振弦式傳感器測頻系統(tǒng)的設計利用振弦式測量物理量是基于其鋼弦振動頻率隨鋼絲張力變幻，輸出的是頻率信號，具有抗干擾能力強，對電纜要求低，有利于傳輸和遠程測量的特點。因此，可獲得十分抱負的測量效果。1 振弦式傳感器的工作原理振弦式傳感器由定位支座、線圈、振弦及封裝組成。振弦式傳感器可等效成一個兩端固定繃緊的勻稱弦，1所示。振弦的振動頻率可由以下公式確定：其中s為振弦的橫截面積，v為弦的體密度(v=/s)，l為振弦受張力后的長度增量，e為振弦的彈性模量，為振弦所受的應力。當振弦式傳感器確定以后，其振弦的質量m，工作段(即兩固定點之間)的長度l，弦的橫截面積s，體密度v及彈性模量e隨之確定，所以，因

2、為待測物理量的作用使得弦長有所變幻，而弦長的變幻可轉變弦的固有振動頻率，因為弦長的增量l與振弦的最長駐波波長的固有頻率存在確定的關系，因此只要能測得弦的振動頻率就可以測得待測物理量。2 測頻系統(tǒng)的設計2.1 基本原理振弦式傳感器工作時由激振驅動電磁線圈，當信號的頻率和振弦的固有頻率相臨近時，振弦快速達到共振狀態(tài)，振動產生的感應電動勢通過檢測電路濾波、放大、整形送給，單片機按照接收的信號，通過軟件方式反饋給激振電路驅動電磁線圈。通過反饋，弦能在電磁線圈產生的變幻磁場驅動下在本振頻率點振動。當激振信號撤去后，弦因為慣性作用仍然振動。單片機通過測量感應電動勢脈沖周期，即可測得弦的振動頻率，最后將所測

3、數據顯示出來。測頻原理框圖2所示。2.2 系統(tǒng)硬件電路設計按照以上的基本原理和思想，設計的測頻系統(tǒng)的整體電路3所示。主要由激振電路、檢測電路、單片機控制電路和顯示電路等幾部分組成。工作過程是由單片機產生某一頻率的激振信號，經放大后激勵振弦振動，拾振線圈中產生的感應電動勢經幾級放大后送給單片機處理，最后送顯示電路顯示。2.2.1 激振電路激振電路采納掃頻激振技術，就是用一個頻率可以調整的信號去激勵振弦式傳感器的激振線圈，當信號的頻率和振弦的固有頻率相臨近時，振弦能快速達到共振狀態(tài)。因為激勵信號的頻率是簡單用軟件便利控制的，所以只要知道振弦固有頻率的大致范圍(普通來說，對一種已知的傳感器其固有頻率

4、的大致范圍是確定的)，就用這個頻率附近的激勵信號去激發(fā)他，就能使振弦很快起振。微機系統(tǒng)io口根據一定的頻率(這個頻率可以是傳感器的固有頻率初始值，也可以是上一次的測量值)產生激振信號(考慮一定的余度)，通過基本功率放大電路放大后，激振流過激振線圈，激振電流產生的交變磁場激勵振弦振動。選用兩個9013作為驅動管。電磁線圈很小，流過線圈的電流能達到200400 ma。而9013三極管的飽和導通電流為500 ma，通過實驗發(fā)覺，假如只采納一個三極管驅動線圈，三極管發(fā)熱很厲害，為解決這個問題，再并接一個三極管，減小三極管的工作電流，減小發(fā)熱量。要求選用迅速導通二檄管，其作用是汲取三極管導通和截止眨眼所

5、產生的尖峰脈沖。此尖峰脈沖若不消退，會對感應電路(部分)產生嚴峻的干擾。微機系統(tǒng)產生一個頻率可變的信號是比較簡單實現(xiàn)的。如用msc-實現(xiàn)掃頻程序，充分利用微機系統(tǒng)的內部資源定時計數器的功能，由io口輸出頻率可變的信號。定時計數器工作在定時方式，定時的時光由掃頻的某一頻率打算，在定時器中斷程序中轉變io口的狀態(tài)，從而io口得到一脈沖信號。設掃頻的頻率上限為fmax，下限為fmin，由io口輸出的fmax和fmin之間的某一頻率的脈沖個數均為n，且掃頻的兩相鄰頻率增量為f，由這4個參數打算的掃頻程序框圖4所示。2.2.2 檢測電路拾振線圈中感生電勢的頻率檢測電路由兩部分組成，一是濾波電路，采納兩級

6、低通濾波辦法；二是過零比較電路，采納過零比較法，從的輸出端得到頻率信號。2個lm324組成兩級有源低通濾波電路；c1，r3，以及g2，r4，分離構成第一、二級有源濾波電路的阻-容網絡；lm393作為比較器，形成過零比較電路。因為感生電勢是一個周期信號，信號的頻率也就是振弦的固有頻率。lm393的輸出fout為周期性的方波，方波的頻率即為待測頻率。因為信號和“零電位”比較，因而能得到較高的敏捷度振弦只要受激勵產生振動，他在感應線圈中的微弱電動勢的頻率就很簡單拾取為進一步使比較器輸入輸出特性在轉換時越發(fā)陡直，以提高比較精度。2.2.3 測頻電路將檢測電路的輸出fout送at89cs51的int0，利用片內定時計數器的工作方式控制寄存器tmod的gate位的特別功能，普通狀況下，gate=0。gate的運行控制位僅由trx(x=0.1)位的狀態(tài)打算(trx=0關閉，trx=1開啟)，惟獨在啟動計數要用外輸人intx控制時才使gate=1，當gate=1，trx=1，惟獨當intx引腳輸入高電平常，計數器tx才被允許計數，利用gate的這一功能可便利地測量脈沖寬度。2.3 系統(tǒng)軟件設計根據以上電路的設計，對系統(tǒng)軟件編程的基本思路是：首先對系統(tǒng)舉行初始化，然后是激振電路激振傳感器工作，檢測電路對信號的檢測、放大、整型、處理、最后顯示。主程序流程