多路振弦傳感器的掃頻激振技術(shù)
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隨著(zhù)現代電子讀數儀技術(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，被廣泛應用在建筑物基礎、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(chē)秤等的關(guān)鍵傳感器。為了準確測量應力、應變的變化，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)和測頻讀數技術(shù)展開(kāi)了研究，介紹了基于PIC16F873單片機內比較輸出模式的多路振弦傳感器的掃頻激振技術(shù)。
1 傳統的間歇激振方法[1]
為了測量出振弦的固有頻率，必須設法激發(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差別大，則易產(chǎn)生溫差，影響測量精度，連續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，當電磁鐵線(xiàn)圈通入脈動(dòng)電流i后，電磁鐵的磁性大大增強，從而吸住小鐵片(振弦)；當線(xiàn)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)。要維持弦持續振動(dòng)，就應不斷地激發(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(xiàn)圈通以一定周期的脈沖電流。當停止激振時(shí)，由于慣性的作用，振弦繼續做阻尼振動(dòng)，電磁鐵線(xiàn)圈中產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，感應電動(dòng)勢的頻率與弦的阻尼振動(dòng)頻率相等。這樣可由輸出電勢的頻率測得振弦的固有振動(dòng)頻率。
這種間歇式激振電路復雜，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(diǎn)工作可靠性欠佳，振蕩器的振蕩頻率調節范圍不大，并且調節不能在線(xiàn)自動(dòng)實(shí)現，從而使振弦起振有時(shí)較困難[2]。當要同時(shí)監測多路振弦傳感器時(shí)，電路變得更加復雜。更為嚴重的是繼電器驅動(dòng)的激振線(xiàn)圈是感性負載，在間歇激振時(shí)產(chǎn)生較大的電磁干擾，影響了監測精度，對其他電路的正常工作造成干擾。為解決這些問(wèn)題，對于多路振弦傳感器的掃頻激振采用時(shí)分復用方法。即多路傳感器共用一個(gè)掃頻信號源，當要巡檢某路傳感器時(shí)，由選擇開(kāi)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(jiǎn)化了電路，而且很好地解決了電磁干擾問(wèn)題。
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