振弦式傳感器測頻系統(tǒng)的設(shè)計

　　利用振弦式傳感器測量物理量是基于其鋼弦振動頻率隨鋼絲張力變化，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，可獲得非常理想的測量效果。

　　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均勻弦，如圖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，ρv為弦的體密度（ρv=ρ/s），△l為振弦受張力后的長度增量，E為振弦的彈性模量，σ為振弦所受的應(yīng)力。

　　當(dāng)振弦式傳感器確定以后，其振弦的質(zhì)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ρv及彈性模量E隨之確定，所以，由于待測物理量的作用使得弦長有所變化，而弦長的變化可改變弦的固有振動頻率，由于弦長的增量△l與振弦的最長駐波波長的固有頻率存在確定的關(guān)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(shè)計

　　2.1 基本原理

　　振弦式傳感器工作時由激振電路驅(qū)動電磁線圈，當(dāng)信號的頻率和振弦的固有頻率相接近時，振弦迅速達到共振狀態(tài)，振動產(chǎn)生的感應(yīng)電動。

　　勢通過檢測電路濾波、放大、整形送給單片機，單片機根據(jù)接收的信號，通過軟件方式反饋給激振電路驅(qū)動電磁線圈。通過反饋，弦能在電磁線圈產(chǎn)生的變化磁場驅(qū)動下在本振頻率點振動。當(dāng)激振信號撤去后，弦由于慣性作用仍然振動。單片機通過測量感應(yīng)電動勢脈沖周期，即可測得弦的振動頻率，最后將所測數(shù)據(jù)顯示出來。測頻原理框圖如圖2所示。

　　2.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　根據(jù)以上的基本原理和思想，設(shè)計的測頻系統(tǒng)的整體電路如圖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(chǎn)生某一頻率的激振信號，經(jīng)放大后激勵振弦振動，拾振線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢經(jīng)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

　　激振電路采用掃頻激振技術(shù)，就是用一個頻率可以調(diào)節(jié)的信號去激勵振弦式傳感器的激振線圈，當(dāng)信號的頻率和振弦的固有頻率相接近時，振弦能迅速達到共振狀態(tài)。由于激勵信號的頻率是容易用軟件方便控制的，所以只要知道振弦固有頻率的大致范圍（一般來說，對一種已知的傳感器其固有頻率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。