振弦式传感器

1、2022-1-7第四章 非电量的电测技术14.8 振弦式传感器振弦式传感器弦乐器和乐鼓改变弦的粗细和长度，或改变鼓皮弦乐器和乐鼓改变弦的粗细和长度，或改变鼓皮的张紧度和厚度，就可改变它们的发声频率。的张紧度和厚度，就可改变它们的发声频率。2022-1-7第四章 非电量的电测技术2顾名思义，传感器的敏感元件是一根张紧的金属丝，顾名思义，传感器的敏感元件是一根张紧的金属丝，称为振弦。在电激励下，振弦按其固有频率振动。改变称为振弦。在电激励下，振弦按其固有频率振动。改变振弦的张力振弦的张力F F，可以得到不同的振动频率，可以得到不同的振动频率f f，即，即张力与谐张力与谐振频率成单值函数关系振频率成

2、单值函数关系。一、工作原理和测量电路一、工作原理和测量电路（一）工作原理（一）工作原理mlFf21llElfv21=)(Ff对已定传感器：对已定传感器：Ff 2022-1-7第四章 非电量的电测技术3（二）弦的激发方式（二）弦的激发方式要测量振弦振动频率，必须先激发振弦起振，给弦要测量振弦振动频率，必须先激发振弦起振，给弦以足够的激励力。以足够的激励力。振弦的激振方式：振弦的激振方式：间歇激发间歇激发1.1.连续激发连续激发2022-1-7第四章 非电量的电测技术41、间歇激发间歇激发当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线圈，使磁铁吸住

3、振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自圈，使磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自由振动，在线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输由振动，在线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率，通过测量出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率，通过测量感应电动势的频率即可测量振弦张力的大小。感应电动势的频率即可测量振弦张力的大小。2022-1-7第四章 非电量的电测技术52、连续激发连续激发连续激振使用了两个电磁线圈，一个用于连续激励，连续激振使用了两个电磁线圈，一个用于连续激励，另一个用于接收振弦的振荡信号。当振弦被激励后，另一个用于接收振弦的振荡信号。当振弦被激励后，

4、接收线圈接收线圈2 2接受感应电势，经放大后，正反馈给激励接受感应电势，经放大后，正反馈给激励线圈线圈1 1以维持振弦的连续振荡。以维持振弦的连续振荡。2022-1-7第四章 非电量的电测技术6（三）部件性能对传感器性能的影响（三）部件性能对传感器性能的影响振弦振弦电磁铁电磁铁弦的夹紧件弦的夹紧件2022-1-7第四章 非电量的电测技术7二、传感器的特性分析二、传感器的特性分析 1、灵敏度、灵敏度灵敏度灵敏度k与材料系数与材料系数K成正比而与弦的振动频率成反成正比而与弦的振动频率成反比。比。材料系数材料系数K材料的材质；几何尺寸材料的材质；几何尺寸n弦丝的长度弦丝的长度，l=12l=1220m

5、m20mm；弦丝的横截面积；弦丝的横截面积KllElfv2241llElfv21=llElKv241Kdfdf 2fKddfk22022-1-7第四章 非电量的电测技术82、非线性、非线性振弦式传感器的输出振弦式传感器的输出-输入一般为非线性关系，其输输入一般为非线性关系，其输出出-输入特性如下图所示。输入特性如下图所示。为了得到线性的输出，可以选取曲线中近似直线的一段。为了得到线性的输出，可以选取曲线中近似直线的一段。也可以用两根振弦构成也可以用两根振弦构成差动式振弦传感器差动式振弦传感器，通过测量两根，通过测量两根振弦的频率差来表示应力，可以大大地减小传感器的温度振弦的频率差来表示应力，可

6、以大大地减小传感器的温度误差和非线性误差。误差和非线性误差。2022-1-7第四章 非电量的电测技术93、频率稳定性、频率稳定性振弦长度振弦长度l和材料弹性模量和材料弹性模量E受温度的影响直接影响传受温度的影响直接影响传感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。KllElfv2241ldlEdEfdff2322022-1-7第四章 非电量的电测技术10三、振弦式传感器的应用三、振弦式传感器的应用1、振弦式混凝土表面应变计、振弦式混凝土表面应变计 运用：测量混凝土表面的应变，运用：测量混凝土表面的应变，主要设计用于安装到混凝土结主要设计用于安装到混凝土结构上，如构上，如:混凝土结构、桩；梁；混凝土结构、桩；梁；桥；锚筋；隧洞衬砌；吊索。桥；锚筋；隧洞衬砌；吊索。在混凝土结构上以及使用区间在混凝土结构上以及使用区间有限的部位仅需一个小截面即有限的部位仅需一个小截面即可安装。可安装。2022-1-7第四章 非电量的电测技术112、振弦式沉降仪、振弦式沉降仪 运用：用于测量和控制纵运用：用于测量和控制纵向运动