[發明專利]振弦式傳感器的激勵方法

在審

• 申請號: 201710101940.3
• 申請日: 2017-02-24
• 公開（公告）號: CN106802161A
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 趙靜;許利凱;柳瑩;鄭雪冰;蔣立超
• 申請（專利權）人: 河北穩控科技有限公司
• 主分類號: G01D5/56
• 分類號: G01D5/56
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙)11390
• 代理人: 胡劍輝

技術領域

本發明屬于電子技術和工程監測的技術領域，具體地涉及振弦式傳感器的激勵方法，主要用于使振弦式傳感器的鋼弦振起來。

背景技術

振弦式傳感器也叫做鋼弦式傳感器，是目前國內外普遍重視和廣泛應用的一種非電量電測的傳感器。鋼弦式傳感器具有結構簡單、堅固耐用、抗干擾能力強(近距離)、測值可靠、精度與分辨力高和穩定性好等優點。其輸出為頻率信號(一般為mV級正弦波)，廣泛應用于巖土、混凝土、鋼結構工程測試中。

鋼弦式傳感器的一般工作原理是：鋼弦放置在磁場中，用一定方式對鋼弦加以激振后，鋼弦將會發生振動，振動的鋼弦在磁場中作切割磁力線運動，因此，可在拾振線圈中感應出電勢，感應電勢(鋼弦切割磁力線，在線圈中產生微弱電信號)的頻率就是振弦的共振頻率。由力學原理可知，鋼弦的共振頻率與弦線所承受的張力或拉力成線性關系，因此測得鋼弦的共振頻率即可求出待測鋼弦的繃緊程度(張拉應力)，利用這一特性，制作出各式各樣的傳感器，如壓力、位移等，壓力或位移的改變導致鋼弦繃緊程度發生變化，其共振頻率也相應發生改變，測量頻率值即可計算出傳感器所受的壓力或位移值。鋼弦的“繃緊”程度即是鋼弦的應力狀態，鋼弦應力與其共振頻率滿足公式

上式中：

f：鋼弦的頻率值

L：鋼弦長度

σ：鋼弦所受到的張拉應力

ρ：鋼弦材料的密度

對于已經制作完成的鋼弦傳感器，鋼弦的長度、鋼弦材料的密度為已知量，故此，鋼弦受到的張拉應力與鋼弦共振頻率有一一對應關系，張拉應力受到傳感器外部環境的影響(如壓力)而改變，從而通過頻率值即可計算出外部環境的值。

這類傳感器有兩種形式：一種是雙線圈，其中一個線圈是激振線圈，激振振弦讓鋼弦振動起來，另一個是拾振線圈，它是能把振弦的機械振動轉換為同頻率的感應電動勢的裝置；另一種是單線圈，這種傳感器激振線圈和拾振線圈為同一個線圈，激振和拾振分時進行，先激振，后拾振。單線圈振弦式傳感器使用中主要解決兩個問題：第一，激振方法，即用什么方法使振弦振起來；第二，拾振方法，包括拾振線圈中的微弱電動勢的拾取得到電動勢的頻率和頻率量測量兩部分。

振弦式讀數儀主要解決兩個問題：怎樣讓鋼弦振起來以及怎樣獲取鋼弦振起來后產生的頻率值。本發明是解決第一個問題的。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供振弦式傳感器的激勵方法，其能夠根據實際情況采用最優的激勵方案，從而和鋼弦振動頻率讀取裝置配合使用，達到快速連續測量的目的。

本發明的技術解決方案是：這種振弦式傳感器的激勵方法，當激勵電壓為高壓時采用高壓脈沖激勵方法，當激勵電壓為低壓時采用固定頻率低壓掃頻激勵法、步進式低壓定值掃頻激勵法、漸變式低壓掃頻激勵法、步進式低壓漸變掃頻激勵法、二分式低壓定值掃頻激勵法、二分式低壓漸變掃頻激勵法、低壓預激振精準掃頻激勵法中的一種；當傳感器正確激勵后，記錄下最終使用的激勵方法，作為最優激勵方法，下次激勵時直接使用最優激勵方法進行傳感器激勵，最優激勵方法是當原始信號幅值在達到規定的強度前提下，結合信號幅度探測器和程控放大器反算原始信號幅度且經信號采集評估后各項指標均為優質值。

本發明采用高壓脈沖激勵方法、固定頻率低壓掃頻激勵法、步進式低壓定值掃頻激勵法、漸變式低壓掃頻激勵法、步進式低壓漸變掃頻激勵法、二分式低壓定值掃頻激勵法、二分式低壓漸變掃頻激勵法、低壓預激振精準掃頻激勵法中的一種；當傳感器正確激勵后，記錄下最終使用的激勵方法，作為最優激勵方法，因此能夠根據實際情況采用最優的激勵方案，從而和鋼弦振動頻率讀取裝置配合使用，達到快速連續測量的目的。

附圖說明

圖1是根據本發明的振弦式傳感器的激勵方法的流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，這種振弦式傳感器的激勵方法，當激勵電壓為高壓時采用高壓脈沖激勵方法，當激勵電壓為低壓時采用固定頻率低壓掃頻激勵法、步進式低壓定值掃頻激勵法、漸變式低壓掃頻激勵法、步進式低壓漸變掃頻激勵法、二分式低壓定值掃頻激勵法、二分式低壓漸變掃頻激勵法、低壓預激振精準掃頻激勵法中的一種；當傳感器正確激勵后，記錄下最終使用的激勵方法，作為最優激勵方法，下次激勵時直接使用最優激勵方法進行傳感器激勵，最優激勵方法是當原始信號幅值在達到規定的強度前提下，結合信號幅度探測器和程控放大器反算原始信號幅度且經信號采集評估后各項指標均為優質值。