未知的频率揭秘振弦式传感器测频系统的奥秘

导语：振弦式传感器以其钢弦振动频率随钢丝张力变化而输出频率信号，具有强抗干扰能力、对电缆要求低和利于传输与远程测量等特点。这些优点使得振弦式传感器在物理量测量中占据了一席之地。

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。它们可等效为一个两端固定绷紧的均匀直径，如图1所示。在这个模型中，振动的固有频率可以通过以下公式计算：

其中S为直径横截面积，ρv为材料体密度（ρv=ρ/s），ΔL为受力后长度增量，E为材料弹性模量，σ为应力值。当确定了这些参数后，就可以根据待测物理变更来改变直径，从而改变固有频率。由于待测物理变更会导致长度增量，而这种长度增量与固有波长之间存在确定关系，因此只要能精确测得固有波长，就能推算出待测物理变更。

测频系统设计

2.1 基本原理

基于上述原理，我们设计了一个利用微机控制扫描激励技术实现的系统。该系统由激励电路、检测电路和单片机控制电路三部分构成。当微机产生某一特定范围内可调节的信号时，它将被放大并驱动激励线圈，使得它产生磁场，这个磁场会引发直径上的共振状态。一旦达到共振状态，那么这段直径就会开始持续自我维持其固有波长，并且产生感应电流。这一过程中的关键是能够准确地识别出这一周期性变化，以便从中提取出实际数据。

2.2 系统硬件电路设计

为了实现这一目标，我们采用了LM324双运放组合成两级低通滤波网络，以及LM393双比较器作为过零比较部件。此外，还使用了两个9013三极管作为基本功率放大设备，并配备了一对快速二极管以消除尖峰脉冲影响。此外，由于微机I/O口方便控制，可以生成一定范围内可调节的信号，这些信号经过放大后驱动激励线圈，从而引发共震状态。