振弦式传感器的工作原理及其特点
振弦式传感器的工作原理及其特点
振弦式传感器（String Vibration Sensor）是一种常见的机械振动测量装置，广泛应用于工程领域的振动监测和控制中。
本文将介绍振弦式传感器的工作原理及其特点。
一、工作原理振弦式传感器的工作原理基于维纳-弗洛伊德方程（Wien-Floquet-Equation），即将传感器的振弦进行理论分析，其中振弦是一个由弹性材料制成的细长线性结构。
当振弦受到外部机械振动作用时，会引起它的振动，传感器通过测量振动的频率、振幅和相位等参数，来确定外部振动的强度和频率。
振弦式传感器通常由振弦、固定支承和传感器电子模块组成。
振弦的两端固定在支承上，当受到外部振动力作用时，振弦会发生弯曲振动或拉伸振动。
传感器电子模块通过电极对振弦进行振动信号的采集和分析，将振动信号转化为电信号输出，完成对振动信号的测量。
二、特点1.高精度测量：振弦式传感器采用先进的振动信号处理技术，能够实现高精度的振动测量。
传感器对振动信号的测量范围广，能够捕捉到微小的振动变化。
2.宽频率响应：振弦式传感器具有较宽的频率响应范围，可以测量多种类型振动的频率。
传感器能够满足不同应用场景下的频率要求，适用于多种机械设备的振动监测。
3.快速响应：振弦式传感器响应速度快，可以准确捕捉瞬态振动信号。
传感器具有良好的动态特性，适用于对快速振动变化的监测和控制。
4.稳定可靠：振弦式传感器采用高品质的材料和先进的制造工艺，具有良好的稳定性和可靠性。
传感器在长时间工作中能够保持较高的测量精度，具有较长的使用寿命。
5.易于安装和维护：振弦式传感器安装简便，可以灵活布置在需要监测的位置。
传感器的维护成本低，不需要频繁的校准和调整。
6.多种输出方式：振弦式传感器可以通过模拟信号输出或数字信号输出，方便与其他设备进行数据交互和处理。
传感器具有多种接口选项，适配不同的控制系统和数据采集设备。
7.广泛应用：振弦式传感器广泛应用于机械设备振动监测、故障诊断和预警等领域。
(完整word版)振弦式传感器
基于振弦式传感器测频系统的设计白泽生(延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000)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。
振弦式传感器计算公式
振弦式传感器计算公式振弦式传感器是一种常用的物理量测量装置，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。
它通过测量弦线的振动频率来实现对待测物理量的测量。
在实际应用中，我们需要根据传感器的参数和测量对象的特性，计算出相应的测量公式。
振弦式传感器的测量原理基于弦线的振动特性。
当一根弦线被激发后，会产生固有频率，即其自身固有的振动频率。
而这个固有频率受到弦线的长度、材质、张力等因素的影响。
因此，我们可以通过测量弦线的固有频率来推算出其他待测物理量的值。
我们需要了解振弦式传感器的特性参数。
主要包括弦线的长度L、杨氏模量E、弦线的质量线密度μ以及张力T。
这些参数都会对弦线的固有频率产生影响。
接下来，我们将介绍振弦式传感器的计算公式。
1. 弦线的固有频率f:弦线的固有频率与其长度L、杨氏模量E、质量线密度μ以及张力T有关。
可以通过以下公式进行计算：f = (1 / 2L) * √(T / μ) * (1 / √(1 + (E * A) / (T * L^2)))其中，A为弦线的横截面积。
2. 杨氏模量E的计算：杨氏模量E可以通过振动频率f、弦线的长度L、质量线密度μ以及张力T来计算：E = (4L^2 * μ * f^2) / (π^2 * A)3. 弦线的质量线密度μ计算：弦线的质量线密度μ可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及张力T来计算：μ = (π^2 * A * f^2) / (4L^2 * E)4. 弦线的张力T计算：弦线的张力T可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及质量线密度μ来计算：T = (π^2 * A * f^2 * L^2) /(μ * E)根据上述公式，我们可以根据已知的参数和测量的振动频率，计算出其他待测物理量的值。
需要注意的是，为了保证计算的准确性，我们需要提前对传感器和待测物理量进行校准，确保参数值的准确性。
总结：振弦式传感器是一种基于弦线振动特性的测量装置，通过测量弦线的固有频率来实现对待测物理量的测量。
浅谈振弦式传感器在大坝安全监测中的优势与应用
浅谈振弦式传感器在大坝安全监测中的优势与应用摘要：振弦式传感器由于其工作原理简单、精度和稳定性高及抗干扰力强，在大坝安全监测中已经被广泛应用。
本文介绍了振弦式传感器的工作原理、在大坝安全监测中的优势以及在应力/应变、变形、渗流和温度等大坝安全监测项目中的应用。
关键词：大坝安全监测监测仪器振弦式传感器振弦应用大坝安全监测是指：水库大坝从施工开始到工程结束投入使用的全部过程，都需要对建筑物安全性能和运行状态进行安全监测。
大坝安全监测中最基础、最主要的就是监测仪器，对建筑物安全性能和运行状态的了解和分析，主要依靠各种监测仪器提供的测量数据。
振弦式传感器就是众多监测仪器中的一种，从20世纪30年代发明至今，随着电子读数仪技术、材料和生产工艺的发展，振弦式传感器已成为一种性能十分完善且能满足大坝安全监测应用要求的监测仪器。
1 振弦式传感器工作原理的介绍1.1振弦式传感器的构造振弦式传感器由受力弹性形变外壳(或膜片)、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。
而钢弦就是振弦式传感器的振弦。
（如图l所示）1.2振弦式传感器的工作原理振弦式传感器的工作原理就是测量张紧钢弦的频率变化来测量钢弦应力的物理量。
1.2.1频率（周期）与变形（应变）之间的关系振弦的固有频率（共振频率）与应力，长度和质量有关，公式如下：由于钢弦的质量m、钢弦长度Ｌw、截面积S、弹性模量E可视为常数，因此，钢弦的应力Ｆ与输出频率f建立了相应的关系：即当外力F0未施加时，则钢弦按初始应力作稳幅振动，输出初频f0；当施加外力F1 (即被测力——拉力或压力)时，则形变壳体(或膜片)发生相应的拉伸或压缩，使钢弦的应力增加或减少，这时频率也随之增加或减少为f1。
因此，只要测得振弦频率值f1，即可得到相应被测的力——拉力或压力值等。
1.2.2振弦式传感器的工作原理现以双线圈连续等幅振动的激振方式，来表述振弦式传感器的工作原理。
如图l所示，工作时开启电源，线圈带电激励钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出，同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，这样不断地反馈循环，加上电路的稳幅措施，使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动，然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。
振弦式传感器的应用和发展研究
题目摘要关键词abstractkye words1引言振弦式传感器是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。
其输出的是频率信号，不需要A/D 或D/A 转换，抗干扰能力强，能够远距离传输。
其稳定性、重复性较好，结构简单，寿命长，灵敏度高，因此被广泛应用于大坝、桥梁、公路等对力、位移和裂缝的检测。
国际上生产振弦式传感器的著名厂家有美国基康公司，法国TELEMAL 等，他们生产的振弦式传感器在精度、寿命和稳定性方面都有良好的表现。
如今，振弦式传感器已经成为了应力、应变测量的先进传感器之一。
2振弦式传感器的工作原理金属丝在一定的拉力下具有一定的自振频率。
随着应力的变化，其自振频率也跟着变化。
而其自振频率跟应力具有某种数学关系。
所以，通过测量金属弦的固有频率就可以换算得到外界参数的变化。
图1是振弦式传感器的等效物理模型。
金属弦的自振频率的得到公式如下：f = (1) 式中，f 为金属弦的自振频率；l 为金属弦的长度；ρ为金属弦的线密度；T 为金属弦所受张力。
而v T s s E l l σρρσ⎧=⨯⎪⎪=⨯⎨⎪∆=⎪⎩(2)式中，σ为金属弦所受应力；s 为金属弦横截面积；v ρ为金属弦的体密度；E 为金属弦的弹性模量；l ∆为金属弦受张力后的长度增量。
将式(2)带入式(1)，得f =(3)由上式可看出，当传感器确定之后，弦长l 、弹性模量E 、弦的体密度v ρ都为常量。
外力的变化引起弦长度的增量l ∆与弦的自振频率存在着确定的关系式。
3振弦式传感器的发展历史与现状1919年，谢弗和麦哈克公司联合研制了世界上首款振弦式传感器。
虽然这款传感器能够用来测量应变。
但是由于其自身的缺点，如测量范围窄、灵敏度低等，而未能大规模应用于工程实践中。
而后由于技术的发展，不仅提高了其范围与灵敏度，测量与传输距离也大幅提高。
使得振弦式传感器不仅用于应变的测量，还可以用来测量液位、位移、扭矩等。
虽然此时振弦式传感器的各项性能已经满足工程测量的需求，但却未能广泛应用。
振弦式传感器汇总
弦丝的长度↓，l=12～20mm；弦丝的横截面积↑
2020/9/29
第四章 非电量的电测技术
7
2、非线性
振弦式传感器的输出-输入一般为非线性关系，其输 出-输入特性如下图所示。
为了得到线性的输出，可以选取曲线中近似直线的一段。 也可以用两根振弦构成差动式振弦传感器，通过测量两根 振弦的频率差来表示应力，可以大大地减小传感器的温度 误差和非线性误差。
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第四章 非电量的电测技术
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3、频率稳定性
f
2
1 4l 2
El
vl
K
f
df f
dE E 3 dl 2 2l
振弦长度l和材料弹性模量E受温度的影响直接影响传 感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。
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第四章 非电量的电测技术
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三、振弦式传感器的应用
1、振弦式混凝土表面应变计
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第四章 非电量的电测技术
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第四章 非电量的电测技术
3
1、间歇激发 当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线
圈，使磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自 由振动，在线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输 出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率，通过测量 感应电动势的频率即可测量振弦张力的大小。
（三）部件性能对传感器性能的影响
振弦 电磁铁 弦的夹紧件
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第四章 非电量的电测技术
6
二、传感器的特性分析
1、灵敏度
1 El f=
2l vl
2 fdf Kd
f
8.2振弦式传感器
✓ 综上所述，无论是磁电式变换器，还是电磁式变换器， 电路输出信号频率与作用力的大小有关，可以通过测量 输出信号的频率来测量作用力。
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88..22..33 振振弦弦传传感感器器的的误误差差
✓ 因此，电路的输出信号频率就严格地控制在振弦的固有 振动频率，而与作用力的大小有关。这样，就可以通过 测量输出信号的频率来测量力、压力、扭矩变形等。
✓ 图8.2.1（b）中的R1、R2和场效应管组成负反馈网络， 起着控制起振条件和振荡幅度的作用，而R4、R5、VD和 C控制场效应管的栅极电压，作为稳定输出信号幅值之用。
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✓ 根据以下三式
d
dt
， e Ble ，和 FL Bl ie L
可得
e Ble
d
dt
Ble k
dFL dt
B2le2 k
diL dt
式中，iL为对应于力FL的电流。
（8.2.6）
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✓ 由式（8.2.6）可以看出，振弦的弹簧作用相当于电路中
的电感，其等效电感为
振荡放大电路组成。金属弦承受着拉力，并且根据不同 的拉力大小和不同长度有着不同的固有振荡频率。 ✓ 改变拉力的大小可以得到相应的振弦固有振荡频率的变 化。 ✓ 在图8.2.1（b）中，它可以等效为一个并联的LC回路。
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✓ 由于振弦的Q值很高，电路只有在振弦的固有振动频率上 才能满足振荡条件。
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振弦式传感器的工作原理及其特点
振弦式传感器的工作原理及其特点振弦式传感器是一种常见的测量物理量的传感器，其工作原理是基于共振频率的变化。
该传感器通常由一根细长的弹性杆状物体（振弦）组成。
当受到外界物理量的作用时，振弦将发生弯曲、扭转等形变，从而改变其固有的共振频率。
通过测量共振频率的变化，我们可以得到外界物理量的相关信息。
振弦式传感器的工作原理可以通过简单的梁（杆）弯曲模型来解释。
当振弦受到外力作用时，它将在弯曲方向上振动。
振动的频率取决于振弦的弹性特性和几何尺寸。
在无外力作用时，振弦具有固有的基频。
当外力作用于振弦时，它将改变振弦的弹性特性和几何尺寸，从而改变其频率特性。
因此，通过测量频率的变化，我们可以获得外力的信息。
1.高灵敏度：振弦式传感器可以实现很高的灵敏度。
由于振弦对外力变化的响应非常敏感，因此可以检测到微小的力、压力、液位等变化。
这使得振弦式传感器在许多应用中非常有用，特别是需要高精度测量的场合。
2.宽测量范围：振弦式传感器适用于广泛的测量范围。
它可以测量从微小的力到大型结构的压力、应变等物理量。
通过选择合适的振弦材料和尺寸，可以实现不同范围的测量要求。
3.快速响应：由于振弦式传感器对外界物理量的变化非常敏感，因此其响应速度非常快。
这使得它在需要高频率反馈的快速响应系统中非常有用，例如振动测量和动态力学测量。
4.高精度：振弦式传感器具有高精确度。
通过精确计算和控制振弦的几何尺寸和材料特性，可以获得非常准确的测量结果。
此外，振弦式传感器的测量结果受到环境温度、湿度等因素的影响较小，因此可以在各种环境条件下获得可靠的测量数据。
5.强韧耐用：振弦式传感器通常采用高强度、耐腐蚀的材料制成，可以在恶劣的工作环境中使用。
其结构简单，无易损件，因此具有较长的使用寿命和良好的可靠性。
6.易于集成和安装：振弦式传感器可以灵活地设计和制造，便于集成到各种系统和设备中。
它们通常采用小型、轻量级的结构，易于安装和操纵。
此外，振弦式传感器可以通过合适的信号放大和处理电路，与其他设备进行接口连接，实现自动化控制和远程监测。
振弦式传感器原理
振弦式传感器原理
振弦式传感器是一种常见的测量和检测物理量的装置，它基于弦的振动频率与被测物理量之间的关系。
它由弦、传感元件和信号处理装置组成。
在振弦式传感器中，弦部分通常由金属或其他材料制成，具有一定的弹性和韧性。
当弦受到外力作用时，会发生振动，其频率与外力的大小成正比。
传感元件负责测量弦的振动频率，常见的传感元件包括压电陶瓷和电容式传感器。
传感元件会将振动频率转化为相应的电信号。
信号处理装置是振弦式传感器的核心部分，它负责接收传感元件输出的电信号，并对其进行放大、滤波和计算等处理。
在信号处理过程中，可以采用模拟电路和数字电路两种方式。
模拟电路一般用于较简单的振弦式传感器，而数字电路可实现更精确和复杂的信号处理。
振弦式传感器的工作原理基于弦的振动频率与外力之间的关系。
当外力作用在弦上时，会改变弦的振动频率，进而对应的电信号也会发生变化。
通过测量弦的振动频率或电信号的变化，可以推导出外力的大小或其他被测物理量的信息。
振弦式传感器具有灵敏度高、响应快、精度高等优点，因此在工业自动化控制、仪器仪表、机械制造等领域得到广泛应用。
它可以用于测量压力、力、扭矩、振动、位移等多种物理量，具有较大的适用范围。
振弦式传感器的原理及校准方法
基本误差 ( %FS) 三个循环各 点平均值 R i
962012 915110 868214 821211 774310 750816 738915 727210 715511 703618 680016 632911 585415 538210 491114
第二循环上 、 下 两行程平均值
962010 915018 868213 821119 774310 750816 738916 727119 715511 703618 680011 632819 585419 538118 491110
N N N
C0 N + C1
N
i =1
∑
R i + C2
N
i =1
∑
R2 i =
N
i =1
φ ∑
i
N
BN +
N
i =1
∑
Ri =
N
i =1
φi ∑
N
C0
i =1
∑
N
R i + C1 R i + C1
2
i =1 N
∑
R i + C2 R i + C2
3
2
i =1 N
∑
Ri = Ri =
4
3
i =1 N
励 ,一个线圈接收 。图 1 是振弦式倾角测量仪的传 感器结构图 ,采用的是单线圈激励方式 ,当倾角变化 时 ,下垂重块发生摆动 ,振动钢弦内部的应力也发生 了改变 ,根据式 ( 1 ) 则输出频率也发生了变化 , 再与 二次仪表钢弦频率测定仪配合即可读出振动频率 值 。假设下垂重块的摆动角度为 φ ,角度 φ 与钢弦 的拉力 p 之间有转换关系 ,简化考虑成一次线性关 系 ,引入系数 k ,将式 ( 1) 变换 ,得到式 ( 2 ) ,其中 : f 0 为初始角对应的频率值 。
8.2振弦式传感器
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由于振弦的Q值很高，电路只有在振弦的固有振动频率上 才能满足振荡条件。 因此，电路的输出信号频率就严格地控制在振弦的固有 振动频率，而与作用力的大小有关。这样，就可以通过
测量输出信号的频率来测量力、压力、扭矩变形等。
图 8.2.1（ b）中的 R1 、 R2 和场效应管组成负反馈网络，
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8.2.2 8.3.2 激振装置 扭矩测量原理
振弦振动有强迫振动、自由振动和自激振动三种方式。 图8.2.2给出了振弦传感器在自激振动状态下的两种激励方
式的原理图。
（1）磁电式变换器 如图8.2.2a所示。振弦也作为振荡电路的一部分位于磁场 中，当振弦通入电流后就产生振动，并输出一个信号，经 放大后又正反馈给振弦使其连续振动。
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图8.2.2 振弦传感器的自激振动方式原理图
a) 磁电式变换器 b）电磁式变换器
振弦的等效LC谐振回路作为整个振荡电路中的正反馈网 络，由于振弦对于它的固有振动频率有着非常尖锐的阻 抗特性，电路只在其信号频率等于振弦的固有振动频率 时才能达到振荡条件。
R1、R2和场效应管组成负反馈网络，起着控制起振条件 和振荡幅值的作用。
的频率，根据频率变化测定膜片所受压
力的大小。
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振弦式传感器的工作原理及其特点
60年代起，先后研制开发了适合各种测试目的的多种振弦传感器的系列产品，如振弦式压力计、土压力计、空隙水压力计、应变计、测力（应力）计、钢筋计、扭力计、位移计、反力计、吊重负荷计、倾斜计等等。
它们广泛应用于港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、机械船舶、水库大坝、地基基础等测试，已成为工程、科研中一种不可缺少的测试手段，显示出了其广阔应用和发展的前景。
2.工作原理振弦式传感器由受力弹性形变外壳（或膜片）、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。
钢弦自振频率与张紧力的大小有关，在振弦几何尺寸确定之后，振弦振动频率的变化量，即可表征受力的大小。
现以双线圈连续等幅振动的激振方式，来表述振弦式传感器的工作原理。
如图丨所示，工作时开启电源，线圈带电激励钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出，同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，这样不断地反馈循环，加上电路的稳幅措施，使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动，然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。
接收贱圈输止團］掘弦旬割S器工作原理團（连鮭超D振弦这种等幅连续振动的工作状态，符合柔软无阻尼微振动的条件，振弦的振动频率可由下式确疋;L --- 钢弦的有效长度i p 一-钢弦材料密度；（T 0——钢弦上的初始应力。
由于钢弦的质量m长度L、截面积S、弹性模量E可视为常数，因此，钢弦的应力与输出频率f 0 建立了相应的关系。
当外力F未施加时，则钢弦按初始应力作稳幅振动，输出初频 f 0 ;当施加外力（即被测力——应力或压力）时，则形变壳体（或膜片）发生相应的拉伸或压缩，使钢弦的应力增加或减少，这时初频也随之增加或减少。
因此，只要测得振弦频率值f,即可得到相应被测的受力壳体钢弦式中，f 0初始频率;力——应力或压力值等。
3.振弦的激振方式振弦式传感器的振弦是钢弦，通过激振产生振动。
振弦激振的方式分为间歇触发激振和等幅连续激振。
振弦式应变传感器特性研究_张莉
收稿日期:2004-06-28作者简介:张 莉(1973-),女,山西平顺人,工程师,硕士,从事煤炭技术开发与管理工作。
理论研究振弦式应变传感器特性研究张 莉(天地科技股份有限公司,北京和平里 100013)摘 要:振弦式应变传感器具有很多特点和优点,稳定性好,可靠性高,近年来被一些重大工程如核电站安全壳、煤矿井巷等所广泛选用。
介绍了振弦式应变传感器基本原理,工作特征和使用选型。
关键词:振弦式应变传感器;应变;频率;灵敏系数中图分类号:T H87 文献标识码:A 文章编号:1005-2798(2004)05-0002-031 工作原理将一根金属丝(弦)两端固定然后张拉,金属丝内部将产生一定的张力,此时金属丝的固有振动频率与其内部张力就具有一定的定量关系,根据动力学原理可以得到金属丝振动公式(1)。
f =k l σρ(1)式中:f ———金属弦的振动频率,Hz ;k ———0,1,2……;σ———金属丝内部张力,N ;l ———金属丝长度,m ;ρ———金属丝密度,kg /m 。
由公式(1)知,金属丝振动频率与张力的平方成正比,当金属丝内部张力变化时,其固有振动频率将随之发生变化,通过测试弦的固有振动频率的变化就可以确定其内部张力,而内部张力可以由结构应变引起,振弦式应变传感器就是根据这一原理而制成。
振弦式应变传感器结构,见图1。
一根金属钢丝弦两端被固定,外部有一金属管起支撑和保护作用,金属管的中间位置有一个激励线圈和测温电阻,用一个脉冲电压信号去激励线圈,线圈中将产生变化的磁场,钢丝弦在磁场作用下产生衰减振动,振动频率为钢丝弦固有频率,因此可知钢丝弦固有频率与其长度、内部张力有关。
当传感器两端受到压缩或拉伸时,其内部张力将发生变化,从而引起钢丝弦固有频率的变化,所以通过钢丝弦的固有频率的变化,可以方便地测出外界应变的变化。
振弦式传感器主要有两种工作方式,一种是单线圈激励方式,另一种为双线圈激励方式。
振弦式传感器资料
2019/6/16
第四章 非电量的电测技术
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3、频率稳定性
f
2
1 4l 2
El
vl
K
f
df f
dE E 3 dl 2 2l
振弦长度l和材料弹性模量E受温度的影响直接影响传 感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。
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第四章 非电量的电测技术
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三、振弦式传感器的应用
弦乐器和乐鼓改变弦的粗细和长度，或改变鼓皮 的张紧度和厚度，就可改变它们的发声频率。
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第四章 非电量的电测技术
1
一、工作原理和测量电路 （一）工作原理
顾名思义，传感器的敏感元件是一根张紧的金属丝，
称为振弦。在电激励下，振弦按其固有频率振动。改变
振弦的张力F，可以得到不同的振动频率f，即张力与谐
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第四章 非电量的电测技术
3
1、间歇激发 当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线
圈，使磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自 由振动，在线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输 出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率，通过测量 感应电动势的频率即可测量振弦张力的大小。
1、振弦式混凝土表面应变计
运用：测量混凝土表面的应变， 主要设计用于安装到混凝土结 构上，如:混凝土结构、桩；梁； 桥；锚筋；隧洞衬砌；吊索。 在混凝土结构上以及使用区间 有限的部位仅需一个小截面即 可安装。
2019/6/16
第四章 非电量的电测技术
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2、振弦式沉降仪
运用：用于测量和控制纵 向运动，水坝和河堤沉降； 建筑地基和储油罐的沉降 和隆起；海填埋的施工控 制；桥墩和桥拱座的沉降； 掩埋场的监测；
振弦式压力传感器原理
振弦式压力传感器原理振弦式压力传感器原理振弦式压力传感器是一种常用的压力测量设备，其原理基于振弦在受力时的共振频率变化。
以下将从浅入深地解释振弦式压力传感器的原理及其工作过程。
原理概述振弦式压力传感器的原理基于以下几个关键点：1.振弦：振弦是指由材料制成的细长弹性体，具有一定的弹性和质量。
2.共振频率：振弦在特定长度和拉力下的自然振动频率，与振弦的长度、材料和张力有关。
3.压力引起的张力变化：施加在振弦上的压力会导致张力的变化，进而改变振弦的共振频率。
工作原理振弦式压力传感器的工作过程可以简述为以下几个步骤：1.安装：将振弦式压力传感器安装在待测对象上，使其与压力源接触。
2.张力变化：当压力引起的张力变化作用在振弦上时，振弦的共振频率会发生改变。
3.传感器检测：传感器通过测量振弦的共振频率变化来间接检测压力的大小。
4.传输信号：传感器将测得的数据转化为电信号，并传输给外部设备进行进一步的处理和分析。
振弦式压力传感器的关键设计因素1.振弦材料：振弦的材料决定了其弹性和共振频率的范围。
常见的振弦材料包括金属、合金和聚合物等。
2.振弦长度：振弦长度与共振频率呈反比关系，较短的振弦共振频率较高，较长的振弦共振频率较低。
3.张力控制：振弦的张力会影响到振弦的共振频率，因此需要对张力进行精确控制，以确保传感器的准确性和稳定性。
4.灵敏度调节：通过调节振弦的长度、张力和材料等参数，可以调节传感器的灵敏度，以满足不同应用需求。
优势和应用领域振弦式压力传感器具有以下优势：•高精度: 通过监测共振频率变化，能够实现较高的精确度和稳定性。
•高可靠性：振弦式压力传感器结构简单，没有移动部件，因此具有较长的使用寿命和较高的可靠性。
•宽测量范围：通过调节振弦的参数，可以满足不同压力范围的测量需求。
振弦式压力传感器广泛应用于以下领域：•工业控制和自动化•制造业和工艺监测•石油和化工行业•医疗设备和生物医学研究等。
结论振弦式压力传感器利用振弦在压力引起的张力变化下的自然共振频率变化，间接测量压力大小。
振弦式应变计正负值
振弦式应变计正负值1. 引言1.1 引言振弦式应变计是一种常用于测量材料应变的传感器。
它利用弦线的振动特性来感知材料的变形，从而测量应变值。
振弦式应变计具有灵敏度高、响应速度快、精度高等优点，因此被广泛应用于工程实践中。
振弦式应变计的基本原理是根据胡克定律和弦线振动的特性来设计的。
当被测材料发生变形时，弦线的振动频率会发生变化，通过测量这种频率变化，就可以得到材料的应变值。
振弦式应变计正负值的测量是通过相位差来确定的，其中正值表示拉伸应变，负值表示压缩应变。
应变计在工程领域具有广泛的应用，包括结构安全监测、材料疲劳测试、车辆碰撞测试等方面。
随着科技的进步，应变计的性能将会不断提高，同时应用领域也会不断扩大，为工程领域的发展提供更多的支持。
在本文中，我们将深入探讨振弦式应变计的基本原理、正负值的测量方法、应用领域以及发展趋势，希望能为读者带来更多关于振弦式应变计的了解。
2. 正文2.1 振弦式应变计的基本原理振弦式应变计是一种常用的应变测量仪器，主要用于测量材料在受力或变形时产生的应变量。
其基本原理是利用振弦的谐振频率与受力或变形大小成正比的关系来测量应变量。
振弦式应变计由弹性细细长线材构成，这根线材在两端固定，形成一个悬臂梁。
在受力或变形作用下，线材会发生弯曲变形，导致振弦的谐振频率发生变化。
通过测量这种频率的变化，就可以计算出材料的应变量。
振弦式应变计的正值和负值分别指的是应变量的增大和减小。
当材料受力或变形时，振弦的频率会相应地增大或减小，这就对应了正值和负值的情况。
正值和负值的测量对于了解材料的变形特性和力学性质至关重要。
振弦式应变计在工程领域广泛应用，可以用于材料的力学性能测试、结构的安全监测、以及各种机械设备的性能评估等方面。
随着科技的发展，振弦式应变计的精度和稳定性也在不断提升，为工程实践提供了更可靠的数据支持。
振弦式应变计是一种非常有效的应变测量仪器，通过测量振弦的谐振频率变化，可以准确地获取材料受力或变形时产生的应变量，为工程实践和科学研究提供了重要的数据支持。
振弦式传感器的工作原理及其特点
振弦式传感器是机械结构式的，它不受电流、电压、绝缘等电参数的影响，因此，零点稳定。这是这类传感器的突出优点。但若材料选择处理不当，由于残余应力、蠕变等因素，会严重影响传感器的稳定性。为了提高振弦式传感器的长期稳定性，必须严格选择材料、工艺处理、加工方法并进行时效处理，才能保证其良好的稳定性。
工艺处理要点：(1)材料的调质热处理使材料晶粒改变，内部结构均匀，强度增高，尺寸稳定，提高抗蠕变能力并消除内应力；(2)控制加工进刀量，减小加工应力；(3)加工完成的传感器零件，进行中温回火处理，以消除加工应力；(4)传感器零件进行冷冻处理，使材料组织内少量残余奥氏体几乎全部变为稳定的马氏体组。以提高稳定性；(5)传感器装配前形变弹性体应超载张拉；(6)传感器总装完成后，应进行反复加、卸载试验；(7)严格防水密措施、防震措施；(8)在烘箱内进行长时间加速时效处理。
3.2等幅连续激振
采用这种激振方式的振弦传感器具有激励和接收两组带磁钢的电磁线圈，与放大电路、反馈和稳幅电路组成等幅的振荡器。在开启电源时激励钢弦，钢弦切割磁力线而在接收线圈中产生感应电势，将其输出放大，并反馈到激励线圈补足能量，不断循环。在稳幅电路限制的反馈量下，达到等幅连续振荡的激振方式，萁振动频率即为钢弦的自振频率。
4.5滞后性
由于振弦式传感器是机械结构式的，以钢弦为转换元件，存在滞后的特性，因此，只能适用于静态和不大于1 0Hz的准动态测试。
5.振弦传感器的主要技术指标
1)指标
(1)回差：士0．5％(20士5℃)
(2)重复差：士O．5％(20士5℃)
(3)稳定误差：士1．O％
(4)使用温度范围：-10～+ 55℃
7.振弦式传感器的测量系统
振弦式传感器通过激振电路激振后，输出的频率信号可采用各种频率仪、数字频率仪，进行测频或周期的测试。也可通过频率电压转换器或接口转换，输送给打印机、函数记录仪、光线示波器、微机等进行数据处理、记录存储。
振弦传感器是以拉紧的金属钢弦作为敏感元件的谐振式传感器
振弦传感器是以拉紧的金属钢弦作为敏感元件的谐振式传感器
振弦传感器：（vibratingwiresensor）它是一种谐振传感器，以拉紧的金属钢弦为敏感元件。
当弦的长度确定时，其固有振动频率的变化可以表示钢弦的拉力。
根据这一特性原理，可以通过一定的物理（机械）结构制作传感器（如应变传感器、压力传感器、位移传感器等)，从而实现被测物理量与频率值的一一对应关系，通过测量频率值的变化量来计算被测物理量的变化量。
振弦传感器
振弦传感器读数模块：指根据振弦传感器特性设计的传感器激励模块、读数模块。
集成度高、功能模块化、数字界面的一系列特性可以完成振弦传感器的激励、信号检测、数据处理、质量评价等特殊针对性功能转换传感器频率和温度物理量模数，然后通过数字界面实现数据交互。
振弦传感器读数模块是振弦传感器和数字化、信息化之间的核心转换单元。
振弦传感器采集模块
基于不同测量原理的传感器在测量过程中使用的线数也不同。
这是我们经常看到的2线系统、3线制、4线制、5线制。
电流传感器:常见的有2线、3线、4线系统。
线数与传感器设计有关，每个传感器都有固定的测量线数。
电压传感器：更常见的是3、4线系统。
线数与传感器设计有关，每个传感器都有固定的测量线数。
振弦传感器：2线制（仅测量频率），3线制（频率）+温度）。
RS485传感器：4线制。
差阻传感器：可使用3线、4线5线测量，线越多，理论精度越高。
电位器传感器：2、3线制。
NTC热敏电阻/电阻传感器：2线制。
振弦传感器的频率及模数之间的关系
振弦传感器的频率及模数之间的关系
振弦传感器是一种常见的测量仪器，它可以通过测量振弦的频率来获取相关物理量的信息。
振弦传感器的频率与模数之间存在一定的关系，下面将对其进行详细介绍。
我们需要明确振弦传感器的工作原理。
振弦传感器通常由一个固定的支撑点和一个可振动的弦组成。
当外部力作用于弦上时，弦会发生振动。
这种振动的频率与外部力的性质有关，通过测量振弦的频率，我们可以推测出外部力的大小或其他相关物理量。
振弦传感器的频率与模数之间的关系可以通过以下方面进行解释：1. 弦的长度：弦的长度对振弦传感器的频率有直接影响。
当弦的长度增加时，其频率会降低；反之，当弦的长度减小时，其频率会增加。
2. 弦的材料：弦的材料也是影响频率的重要因素。
不同材料的弦具有不同的弹性和密度，因此会导致不同的振动频率。
一般来说，弦的弹性越大，频率越高；弦的密度越大，频率越低。
3. 弦的张力：弦的张力是指弦所受的拉力大小。
张力越大，弦的频率越高；张力越小，弦的频率越低。
4. 弦的粗细：弦的粗细也会影响振弦传感器的频率。
一般来说，粗细不同的弦会有不同的频率响应。
振弦传感器的频率与模数之间存在着一定的关系。
这种关系受到弦的长度、材料、张力和粗细等因素的影响。
通过对振弦传感器的频率进行测量，我们可以推测出外部力的大小或其他相关物理量。
因此，振弦传感器在工程领域和科学研究中具有广泛的应用前景。
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振弦这种等幅连续振动的工作状态，符合柔软无阻尼微振动的条件，振弦的振动频率可由下式确定；
式中，f 0 ——初始频率；
L——钢弦的有效长度i
p一-钢弦材料密度；
σ o ——钢弦上的初始应力。
由于钢弦的质量m、长度L、截面积S、弹性模量E可视为常数，因此，钢弦的应力与输出频率f 0 建立了相应的关系。
当外力F未施加时，则钢弦按初始应力作稳幅振动，输出初频f 0 ；当施加外力(即被测力——应力或压力)时，则形变壳体(或膜片)发生相应的拉伸或压缩，使钢弦的应力增加或减少，这时初频也随之增加或减少。
因此，只要测得振弦频率值f，即可得到相应被测的
上式表示相应于单位应力增量引起基频的改变量，称为振弦的灵敏度。
由上式可见，要提高灵敏度最有效的办法是缩短弦长，同时在保证振弦能稳定起振的情况下，钢弦应力尽可能小些。
此外，采用细弦，减小抗弯刚度，也可以提高灵敏度。
但振弦应满足柔软无阻尼振动运动微分方程，故钢弦不能过短，弦长与直径之比应大于200，—般在300-400之间为宜。
4.3 温度影响
由于传感器零件的金属材料膨胀系数的不同，造成了温度误差。
为减小这一误差，在零件材料选择上，除尽量考虑达到传感器机械结构自身的热平衡外，并从结构设计和装配技术上不断调整零件的几何尺寸和相对固定位置，以取得最佳的温度补偿结果。
实践结果表明，传感器在-10 -55℃ 使用温度范围内时，温度附加误差仅有1.5Hz／lO℃。
4.4 稳定性
振弦式传感器是机械结构式的，它不受电流、电压、绝缘等电参数的影响，因此，零点稳定。
这是这类传感器的突出优点。
但若材料选择处理不当，由于残余应力、蠕变等因素，会严重影响传感器的稳定性。
为了提高振弦式传感器的长期稳定性，必须严格选择材料、工艺处理、加工方法
并进行时效处理，才能保证其良好的稳定性。
4.5 滞后性
由于振弦式传感器是机械结构式的，以钢弦为转换元件，存在滞后的特性，因此，只能适用于静态和不大于1 0Hz的准动态测试。
5. 振弦传感器的主要技术指标
1)指标
(1)回差：士0．5％(20士5℃ )。