多路振弦傳感器的掃頻激振技術(shù)
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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受力、位移、微裂縫的測量中，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頻讀數(shù)技術(shù)。為此，本文對振弦式傳感器的激振技術(shù)和測頻讀數(shù)技術(shù)展開了研究，介紹了基于PIC16F873單片機內(nèi)比較輸出模式的多路振弦傳感器的掃頻激振技術(shù)。
1 傳統(tǒng)的間歇激振方法[1]
為了測量出振弦的固有頻率，必須設(shè)法激發(fā)弦振動。激發(fā)弦振動的方式一般有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，振弦中通過電流，所以必須考慮振弦與外殼的絕緣問題。若絕緣材料與振弦熱膨脹系數(shù)差別大，則易產(chǎn)生溫差，影響測量精度，連續(xù)激振容易使振弦疲勞。(2)間歇激振方式。如圖1所示，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電流i后，電磁鐵的磁性大大增強，從而吸住小鐵片(振弦)；當(dāng)線圈中無電流流過，電磁鐵就釋放振弦。如此循環(huán)激振，弦就產(chǎn)生振動。要維持弦持續(xù)振動，就應(yīng)不斷地激發(fā)振弦。即電磁鐵每隔一定時間通過一次脈沖電流，使電磁鐵定時地吸引振弦，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，由于慣性的作用，振弦繼續(xù)做阻尼振動，電磁鐵線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢的頻率與弦的阻尼振動頻率相等。這樣可由輸出電勢的頻率測得振弦的固有振動頻率。
這種間歇式激振電路復(fù)雜，通常由張馳振蕩器、電磁繼電器、電源等部分組成。電磁繼電器的體積大、功耗大、機械觸點工作可靠性欠佳，振蕩器的振蕩頻率調(diào)節(jié)范圍不大，并且調(diào)節(jié)不能在線自動實現(xiàn)，從而使振弦起振有時較困難[2]。當(dāng)要同時監(jiān)測多路振弦傳感器時，電路變得更加復(fù)雜。更為嚴(yán)重的是繼電器驅(qū)動的激振線圈是感性負(fù)載，在間歇激振時產(chǎn)生較大的電磁干擾，影響了監(jiān)測精度，對其他電路的正常工作造成干擾。為解決這些問題，對于多路振弦傳感器的掃頻激振采用時分復(fù)用方法。即多路傳感器共用一個掃頻信號源，當(dāng)要巡檢某路傳感器時，由選擇開關(guān)將掃頻信號源與此路傳感器接通；用MOS FET繼電器替代電磁繼電器。這樣，不但簡化了電路，而且很好地解決了電磁干擾問題。
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