[實用新型]振弦式傳感器的自適應升壓掃頻激勵裝置

有效

• 申請號: 201120464782.6
• 申請日: 2011-11-21
• 公開（公告）號: CN202329883U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 李海霞;秦益霖;楊豪
• 申請（專利權）人: 常州金土木自動化研究所有限公司
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔣全強

技術領域

本實用新型涉及振弦式傳感器的技術領域，具體是一種振弦式傳感器的自適應升壓掃頻激勵裝置。

背景技術

振弦式儀器以其獨特的優異特性如結構簡單、精度高、抗干擾能力強以及對電纜要求低等而一直受到工程界的注目。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，有利于傳輸和遠程測量。

如圖1為振弦傳感器的測量原理：變形膜片是受力點，受外力影響，鋼弦會被拉伸和擠壓，使其張弛度發生變化，從而使得鋼弦的本振頻率發生變化，外力的大小與鋼弦本振頻率成對應關系，通過讀取鋼弦本振頻率就可通過它們的對應關系計算出相應物理量來。讀取鋼弦本振頻率的方式：給激發線圈通以一定的電流，線圈產生的磁場力吸引鋼弦，使得鋼弦振動起來，磁場力撤去或固定不變，鋼弦的振動就變成自由振動，即按其本振頻率振動(該過程叫激振)；鋼弦振動會切割線圈的磁力線，從而產生感應電動勢，感應電動勢的頻率與鋼弦振動頻率一致，通過讀取感應電動勢頻率即可知道鋼弦本振頻率，進而可以算出物理量來(該過程叫拾取)。

從國內外振弦儀器的發展狀況來看，在傳感器的激勵方式上分有如下三種方式：為迫使傳感器按固有頻率振動，必須對鋼弦施加一個有相似頻率的外部激勵信號。傳統激勵信號有連續式和間歇式兩種。電流連續激勵法將振弦作為振蕩電路的一部分置于磁場中，振弦通電時受洛侖茲力作用產生振動，輸出信號經放大后又反饋給振弦，使之維持連續振動。

如圖2，在間歇激勵方式中，為了使振動不因空氣的阻尼衰減而消失，張弛振蕩器必須周期性地發出脈沖電流信號，以維持振弦的持續振動。間歇激勵克服了連續激勵振弦易疲勞的缺點，其開環測量又能有效地防止高頻干擾。

但是，傳統的間歇激勵方法使用的激勵信號頻率可調節的范圍很小，若頻率選擇不當，振弦很難起振；另外，由于振弦所受到的壓力是變化的，振蕩器的頻率跟蹤不了該變化，這也使得振弦難以起振。而掃頻激振技術能夠使振弦可靠起振，它既兼顧了連續激勵法實時跟蹤性好及間歇激勵法抗干擾能力強的優點，又克服了連續激勵易疲勞及傳統間歇激勵法難以起振的缺點。

不過目前多數儀器采用的掃頻脈沖幅值較低，一般為5V，這樣的激勵強度不足以讓諸如應變計、錨索計等不易起振的傳感器振動起來，所以常出現讀不出數的現象。如何解決該問題，是本領域的技術難題。

實用新型內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、適于輕易使振弦式傳感器通過掃頻脈沖起振的自適應升壓掃頻激勵裝置。

為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種振弦式傳感器的自適應升壓掃頻激勵裝置，其包括：控制器、與該控制器的掃頻脈沖信號輸出端相連的用于給振弦式傳感器的激勵線圈提供激勵電源的升壓電路、以及與該控制器相連的用于檢測所述激勵線圈上的頻率信號的頻率信號檢測及調理電路。

本實用新型的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：(1)本實用新型的自適應升壓掃頻激勵裝置采用升壓掃頻的激勵方式，即將掃頻信號的脈沖幅度升高到一定值，再對傳感器進行激勵以保證鋼弦可靠振蕩，從而保障測量的可靠性。(2)本實用新型的振弦式傳感器是單線圈傳感器，即激勵線圈與拾振線圈是同一線圈，控制器通過所述頻率信號檢測及調理電路檢測該激勵線圈上的頻率信號；讀到頻率后，記錄下這個值，下次激勵時先定頻激勵，如果讀不出數來，再在這個頻率附近小范圍掃頻激勵，提高測量速度。如果還是讀不出數來，則進行全頻段掃頻(3)掉線停止掃頻。

附圖說明

為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例并結合附圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中

圖1為現有的振弦式傳感器結構示意圖；附圖標記：1：鋼弦，2：激勵線圈，3：信號線纜，4：適于變形的膜片，5：空腔。

圖2為現有的振弦式傳感器的激勵信號與振弦振動波形示意圖；

圖3為實施例中的振弦式傳感器的自適應升壓掃頻激勵裝置的電路框圖。

具體實施方式

見圖3，本實施例的振弦式傳感器的自適應升壓掃頻激勵裝置，包括：控制器、與該控制器的掃頻脈沖信號輸出端相連的用于給振弦式傳感器的激勵線圈提供激勵電源的升壓電路、以及與該控制器相連的用于檢測所述激勵線圈上的頻率信號的頻率信號檢測及調理電路，控制器讀到頻率后，記錄下這個值，下次激勵時先定頻激勵，如果讀不出數來，再在這個頻率附近小范圍掃頻激勵，提高測量速度。如果還是讀不出數來，則進行全頻段掃頻。

所述控制器采用單片機型號為C8051F340或C8051F120。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非是對本實用新型的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護范圍之中。