振弦式传感器测频系统的设计

　　利用振弦式传感器测量物理量是基于其钢弦振动频率随钢丝张力变化，输出的是频率信号，具有抗干扰能力强，对电缆要求低，有利于传输和远程测量的特点。因此，可获得非常理想的测量效果。

　　1 振弦式传感器的工作原理

　　振弦式传感器由定位支座、线圈、振弦及封装组成。振弦式传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦，如图1所示。

　　振弦的振动频率可由以下公式确定：

　　其中S为振弦的横截面积，ρv为弦的体密度（ρv=ρ/s），△l为振弦受张力后的长度增量，E为振弦的弹性模量，σ为振弦所受的应力。

　　当振弦式传感器确定以后，其振弦的质量m，工作段（即两固定点之间）的长度L，弦的横截面积S，体密度ρv及弹性模量E随之确定，所以，由于待测物理量的作用使得弦长有所变化，而弦长的变化可改变弦的固有振动频率，由于弦长的增量△l与振弦的最长驻波波长的固有频率存在确定的关系，因此只要能测得弦的振动频率就可以测得待测物理量。

　　2 测频系统的设计

　　2.1 基本原理

　　振弦式传感器工作时由激振电路驱动电磁线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动。

　　势通过检测电路滤波、放大、整形送给单片机，单片机根据接收的信号，通过软件方式反馈给激振电路驱动电磁线圈。通过反馈，弦能在电磁线圈产生的变化磁场驱动下在本振频率点振动。当激振信号撤去后，弦由于惯性作用仍然振动。单片机通过测量感应电动势脉冲周期，即可测得弦的振动频率，最后将所测数据显示出来。测频原理框图如图2所示。

　　2.2 系统硬件电路设计

　　根据以上的基本原理和思想，设计的测频系统的整体电路如图3所示。主要由激振电路、检测电路、单片机控制电路和显示电路等几部分组成。工作过程是由单片机产生某一频率的激振信号，经放大后激励振弦振动，拾振线圈中产生的感应电动势经几级放大后送给单片机处理，最后送显示电路显示。

　　2.2.1 激振电路

　　激振电路采用扫频激振技术，就是用一个频率可以调节的信号去激励振弦式传感器的激振线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦能迅速达到共振状态。由于激励信号的频率是容易用软件方便控制的，所以只要知道振弦固有频率的大致范围（一般来说，对一种已知的传感器其固有频率的大致范围是确定的），就用这个频率附近的激励信号去激发他，就能使振弦很快起振。