振弦式感应器

磁钢和线圈
i
1 F f 2 ml
活动支点
1 f = 2l
E l vl
对已定传感器：
支点 弦
l
f (F ) f F
2
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
（二）弦的激发方式
要测量振弦振动频率，必须先激发振弦起振，给弦
以足够的激Leabharlann Baidu力。
振弦的激振方式：
1. 2.
间歇激发 连续激发
4.8 振弦式传感器 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。
2018/7/28
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 振频率成单值函数关系。
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。
2018/7/28 第四章 非电量的电测技术
8
3、频率稳定性
1 El f 2 K 4l vl
2
df dE 3 dl f E f 2 2 l
振弦长度l和材料弹性模量E受温度的影响直接影响传
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
4
2、连续激发
连续激振使用了两个电磁线圈，一个用于连续激励，
另一个用于接收振弦的振荡信号。当振弦被激励后， 接收线圈2接受感应电势，经放大后，正反馈给激励 线圈1以维持振弦的连续振荡。
A1
电磁铁1
i
电磁铁2
F
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
5
灵敏度k与材料系数K成正比而与弦的振动频率成反
比。 材料系数K——材料的材质；几何尺寸 弦丝的长度↓，l=12～20mm；弦丝的横截面积↑
2018/7/28
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。
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
10
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；
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
11
感器的频率稳定性，而两者的影响是相反的。
2018/7/28
第四章 非电量的电测技术
9
三、振弦式传感器的应用
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。
2018/7/28
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
2018/7/28
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 f = 2l E l vl
1 El f 2 K 4l vl
2
1 E K 2 4l v
l l
2 fdf Kd
df K k d 2 f