振弦式傳感器是目前應(yīng)力、應(yīng)變測(cè)量中較為先進(jìn)的傳感器之一。振弦式傳感器的輸出是頻率信號(hào)，信號(hào)處理過(guò)程中無(wú)須進(jìn)行A/D及D/A轉(zhuǎn)換，因此，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，而且對(duì)傳輸電纜要求低。另外，振弦式傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn), 因而一直受到工程界的關(guān)注。在工程應(yīng)用中，振弦式傳感器可以埋入或焊接在被測(cè)試件上，基本不存在粘貼劑老化和脫落問(wèn)題，具有很好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。對(duì)于微小的被測(cè)力變化可產(chǎn)生較大的頻率變化，具有很高的靈敏度。
    隨著現(xiàn)代電子讀數(shù)儀技術(shù)、材料及生產(chǎn)工藝的發(fā)展，振弦式儀器技術(shù)也不斷得以完善，成為新一代工程儀器的潮流，被廣泛應(yīng)用在建筑物基礎(chǔ)、大壩、橋梁、公路、核電站的水泥外殼等需要對(duì)受力、位移、微裂縫的測(cè)量中，還可以作為電子秤、皮帶秤、汽車秤等的關(guān)鍵傳感器。為了準(zhǔn)確測(cè)量應(yīng)力、應(yīng)變的變化，除了要研究振弦式傳感器的材料特性外，還必須解決振弦傳感器的激振和測(cè)頻讀數(shù)技術(shù)。
傳統(tǒng)的間歇激振方法
    為了測(cè)量出振弦的固有頻率，必須設(shè)法激發(fā)弦振動(dòng)。激發(fā)弦振動(dòng)的方式一般有2種：1、連續(xù)激振方式。這種方式又分為電流法和電磁法，在電流法中，振弦作為振蕩器的一部分，振弦中通過(guò)電流，所以必須考慮振弦與外殼的絕緣問(wèn)題。若絕緣材料與振弦熱膨脹系數(shù)差別大，則易產(chǎn)生溫差，影響測(cè)量精度，連續(xù)激振容易使振弦疲勞。2、間歇激振方式。振弦上裝有一塊小純鐵片，旁邊放置電磁鐵，當(dāng)電磁鐵線圈通入脈動(dòng)電流i后，電磁鐵的磁性大大增強(qiáng)，從而吸住小鐵片(振弦)；當(dāng)線圈中無(wú)電流流過(guò)，電磁鐵就釋放振弦。如此循環(huán)激振，弦就產(chǎn)生振動(dòng)。要維持弦持續(xù)振動(dòng)，就應(yīng)不斷地激發(fā)振弦。即電磁鐵每隔一定時(shí)間通過(guò)一次脈沖電流，使電磁鐵定時(shí)地吸引振弦，故須在電磁鐵的線圈通以一定周期的脈沖電流。當(dāng)停止激振時(shí)，由于慣性的作用，振弦繼續(xù)做阻尼振動(dòng)，電磁鐵線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率與弦的阻尼振動(dòng)頻率相等。這樣可由輸出電勢(shì)的頻率測(cè)得振弦的固有振動(dòng)頻率。
一般的單線圈振弦式傳感器的固有頻率范圍是400Hz～4500 Hz之間，其輸出頻率隨所受壓力的變化而變化。若掃頻信號(hào)的頻率范圍是400 Hz～4500 Hz，需要掃頻的時(shí)間長(zhǎng)、激振效果差、可控性差。為了減少掃頻時(shí)間，提高測(cè)量速度，根據(jù)振弦傳感器的輸出頻率范圍設(shè)置不同的掃頻頻段。其方法是：由參數(shù)輸入電路輸入掃頻信號(hào)頻率的上限值fmax和下限值fmin，以及相鄰2個(gè)掃頻信號(hào)頻率的差值Δf，這些參數(shù)存儲(chǔ)在單片機(jī)的片內(nèi)EEPROM中。這樣，輸出的掃頻信號(hào)很有針對(duì)性，輸出的激振頻率可控性好。這些正是該掃頻激振技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)。
    對(duì)于多通道振弦傳感器的選擇和隔離是通過(guò)金屬化場(chǎng)效應(yīng)管固態(tài)繼電器實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)選擇某一路傳感器時(shí)，其對(duì)應(yīng)的MOSFET固態(tài)繼電器導(dǎo)通，而其他路的MOSFET固態(tài)繼電器截止。雖然其他路傳感器的激振線圈通過(guò)MOSFET接在恒流激振電路的輸出端，但是MOSFET截止時(shí)的漏電流極小，處于高阻態(tài)，因而不會(huì)對(duì)所選通路造成影響。另外，選通電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路是光隔離的，從而避免了選通電路和恒流驅(qū)動(dòng)電路相互影響，進(jìn)一步提高了掃頻激振電路的可靠性。
    根據(jù)振弦式傳感器的特性，當(dāng)激振信號(hào)太強(qiáng)時(shí)，振弦會(huì)產(chǎn)生倍頻振動(dòng)，由于倍頻成分的不同，使得同一傳感器獲得的頻率不同。采用了恒流弱激振的方法，調(diào)整激振電流的大小，使其能可靠激振振弦傳感器的基頻，而又遠(yuǎn)離倍頻。恒流激振的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以忽略傳感器引線電阻的影響。更多傳感器文章請(qǐng)見(jiàn)http://www.nfgnbcv.cn