振弦式傳感器

1、振弦式傳感器4.9.1 工作原理及測(cè)量電路工作原理工作原理 振弦式傳感器的工作原理可用圖4-106說(shuō)明。由圖可見(jiàn)，在支點(diǎn)與活動(dòng)支點(diǎn)間拉緊一根長(zhǎng)度為 、質(zhì)量為 的細(xì)弦，當(dāng)細(xì)弦受張力 作用時(shí)，其固有頻率 為：mlFf21flmF圖4-106 振弦式傳感器的工作原理llElllESlfv2121)(Ff傳感器的振蕩頻率 與弦所受張力 成單值函數(shù)關(guān)系。fF弦的激發(fā)方式及測(cè)量電路 弦的激發(fā)方式有間歇激發(fā)和連續(xù)激發(fā)兩種。1.間歇激發(fā)及測(cè)量電路間歇激發(fā)及測(cè)量電路 間歇激發(fā)及測(cè)量電路見(jiàn)圖4-107。圖4-107 間歇激發(fā)及測(cè)量電路a）間歇激發(fā)及測(cè)量電路b）振蕩信號(hào)的波形 2.連續(xù)激發(fā)及測(cè)量電路連續(xù)激發(fā)及測(cè)量電

2、路 為了克服間歇激發(fā)振蕩幅值逐漸減小的缺點(diǎn)，可采用連續(xù)激發(fā)方式，其原理見(jiàn)圖4-108。圖4-108 連續(xù)激發(fā)及測(cè)量電路a）連續(xù)激發(fā)結(jié)構(gòu)示意圖 b）測(cè)量電路 4.9.2 振弦傳感器的特性 靈敏度 由上式可見(jiàn)，靈敏度 與材料系數(shù) 成正比，而與弦的振動(dòng)頻率成反比。材料系數(shù) 與材料的材質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)，減小弦絲的長(zhǎng)度和增加弦絲的橫截面積是提高靈敏度行之有效的方法。但是弦絲長(zhǎng)度 不能太短，一般 為宜，或 ，其中 為弦絲的直徑。fKddfk2KllElfv224122441lESElKvllKdfdf 2式（4-126）兩邊平方材料系數(shù)K微分kKKl20mm12l500300/dld 非線性誤差 設(shè)被測(cè)張

3、力為 時(shí)初始頻率為 ，被測(cè)張力為 時(shí)振動(dòng)頻率為 ，則：2100000001)1 (1112121FFffFFfFFmlFmlFFf0F0fFFF011f)16181211 (3201FFFff時(shí)FFF02)16181211 (3202FFFff其二次方非線性誤差為：FFFmff412181020圖4-109 輸入輸出特性由上式可見(jiàn)， 愈大， 愈大。Fm 為改善非線性，常采用差動(dòng)振弦傳感器，見(jiàn)圖4-110。圖4-110 差動(dòng)振弦傳感器)81(3021FFffff于是可得其三次方非線性誤差為：238181FFFm 由上式可見(jiàn)，差動(dòng)傳感器的線性度得到極大的改善。 頻率穩(wěn)定性 環(huán)境溫度的變化是頻率穩(wěn)定

4、性的主要影響因素。由式（4-127）可知，體積密度 以及由 引起的 不隨環(huán)境溫度變化。對(duì)式（4-127）兩邊取對(duì)數(shù)再微分得： vFlldlEdEfdff232由上式可見(jiàn)，振弦的長(zhǎng)度 和材料彈性模量 受溫度的影響直接影響傳感器的穩(wěn)定性，而兩者的影響是相反的。4.9.3 振弦式傳感器的應(yīng)用 除了振弦式傳感器外，還有振筒式、振梁式和振膜式等傳感器，它們統(tǒng)稱為諧振式傳感器。它們的工作原理與特性相似或相同，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的。由于是頻率式傳感器，頻率測(cè)量的精度最高（可達(dá)1013數(shù)量級(jí)），由此成為最有發(fā)展前途的傳感技術(shù)之一。它們被廣泛應(yīng)用于測(cè)量機(jī)械扭矩、振動(dòng)、位移、速度、加速度、力、應(yīng)力、壓力、流體流量以及成分分析等。由于篇幅所限，僅介紹振弦式壓力傳感器。 由于簡(jiǎn)單振弦式傳感器非線性嚴(yán)重，常用差動(dòng)振弦式壓力傳