振弦式感应器是现阶段地应力、应变力精确测量中比较优秀的感应器之一。振弦式感应器的输入输出是頻率数据信号，信号分析全过程中不必开展A/D及D/A变换，因而，抗干扰性强，数据信号传送距离较远，并且对传送电缆线规定低。此外，振弦式感应器还具备构造简易、高精度、使用寿命长等特性， 因此一直遭受建筑界的关心。在工程项目使用中，振弦式感应器能够埋进或电焊焊接在被检测件上，基本上不会有黏贴剂脆化和掉下来难题，具备不错的稳定度和可重复性。针对细小的被测力计转变可造成很大的次数转变，具备很高的敏感度。

伴随着当代电子器件读值仪技术性、原材料及加工工艺的发展趋势，振弦式仪器设备技术性也持续得到健全，变成 新一代工程仪器的时尚潮流，被运用在建筑基本、堤坝、公路桥梁、道路、核电厂的混凝土机壳等须要对承受力、偏移、微裂纹的检测中，还能够做为电子称、电子皮带秤、车辆秤等的重要感应器。为了更好地精确精确测量地应力、应变力的转变，除开要科学研究振弦式感应器的材质特点外，还需要处理振弦感应器的激振和测频读值技术性。因此，文中对振弦式感应器的激振技术性和测频读值技术性进行了科学研究，详细介绍了根据PIC16F873单片机设计内较为輸出方式的多通道振弦感应器的频偏激振技术性。

1 传统式的间歇性激振方式

为了更好地精确测量出振弦的共振频率，务必想方设法激起弦震动。激起弦震动的方法一般有2种：（1）持续激振方法。这类方法又分成电流量法和电磁感应法，在电流量法中，振弦做为震荡器的一部分，振弦中根据电流量，因此 需要考虑到振弦与机壳的绝缘性难题。若绝缘层材料与振弦线膨胀系数区别大，则易造成温度差，危害测量精度，持续激振非常容易使振弦疲惫。（2）间歇性激振方法。如图所示1所显示，振弦上配有一块小纯铜片，边上置放电磁阀，当电磁阀电磁线圈进入脉动电流i后，电磁阀的磁体大大的提高，进而吸起小铜片（振弦）；当电磁线圈中无电流量穿过，电磁阀就释放出来振弦。这般循环系统激振，弦就造成震动。要保持弦不断震动，就应不断激起振弦。即电磁阀每过一定時间根据一次浪涌电流，使电磁阀按时地吸引住振弦，故须在电磁阀的电磁线圈通以一定周期时间的浪涌电流。当终止激振时，因为惯性力的功效，振弦再次做阻尼振动，电磁阀电磁线圈中发生感应电流，感应电流的次数与弦的阻尼振动頻率相同。那样可由輸出电势差的頻率测出振弦的原有振动频率。

这类间歇性激振电源电路繁杂，一般 由张驰震荡器、电磁继电器、开关电源等部份构成。电磁感应汽车继电器的容积大、功能损耗大、机械设备接触点工作中稳定性较差，震荡器的振动頻率调整范畴并不大，而且调整不可以线上全自动完成，进而使振弦起振有时候较艰难［2］。若想与此同时检测多通道振弦感应器时，电源电路越来越更为繁杂。更为严重的是汽车继电器推动的激振电磁线圈是交流电流，在间歇性激振时发生很大的干扰信号，危害了检测精密度，对其余线路的常规运行产生影响。为处理这种难题，针对多通道振弦感应器的频偏激振选用时分复用方式 。即多通道感应器同用一个扫频信号源，若想安全巡检某路感应器时，由挑选电源开关将扫频信号源与此路感应器接入；用MOS FET汽车继电器取代电磁继电器。那样，不仅简单化了电源电路，并且很切实解决了干扰信号难题。

2 频偏激振基本原理及电路原理

2.1 频偏激振基本原理

频偏激振技术性是用一串持续改变的工作频率数据信号频偏輸出去激振振弦感应器的激振电磁线圈。当数据信号的頻率和振弦的共振频率相仿时，振弦能快速做到共震情况，进而靠谱起振。振弦起振后，其在电磁线圈中形成的磁感应电势差的頻率就是振弦的共振频率。因为激振数据信号的頻率用手机软件操纵便捷，因此 只需了解振弦共振频率的大体范畴（一般 对一种已经知道感应器共振频率的大体范畴是明确的），就可以用这一頻率周边的激振数据信号去激起它，使振弦迅速起振。

2.2 频偏激振电源电路的设计方案

对比别的系列产品单片机设计，PIC系列产品单片机开发自然环境优异，精减的指令系统和单字节命令使其实行高效率［3］。集成ic內部内置看门狗1计时器、A/D转化器、较为控制模块、USART多线程串口通讯控制模块、EEPROM储存器，进而精减了电路原理，减少了成本费。因为能够设定睡眠时间和功耗低方式，降低了线路的功能损耗，提升 了线路的稳定性。根据PIC16F873A的多通道振弦感应器的频偏激振的硬件配置电源电路如图2所显示。全部硬件配置电源电路分成中间控制板、频偏激振电源电路、表明控制模块、主要参数键入控制模块、等精密度测频控制模块、RS485通讯组件等一部分。

一般的单电磁线圈振弦式感应器的共振频率范畴是400 Hz～4 500 Hz中间，其輸出頻率随所受工作压力的变动而转变。若扫频信号的工作频率标准是400 Hz～4 500 Hz，必须频偏的时间长、激振实际效果差、可预测性差。为了更好地降低频偏時间，提升精确测量速率，依据振弦感应器的输入输出頻率范畴设定不一样的扫不断段。其办法是：由主要参数键入电源电路键入扫频信号頻率的上限制值fmax和下限制值fmin，及其邻近两个扫频信号頻率的误差Δf，这种主要参数储存在51单片机的片内EEPROM中。那样，輸出的扫频信号很有目的性，輸出的激振頻率可预测性好。这种恰好是该扫频激振技术性的突显优势。

针对多路振弦感应器的选用和防护是利用镀覆场效管（MOSFET）中间继电器完成的。当挑选某一路感应器时，其相应的MOSFET中间继电器通断，而别的路的MOSFET中间继电器截至。尽管别的路感应器的激振电磁线圈根据MOSFET接进恒流电源激振电源电路的输入输出端，可是MOSFET截至时的泄露电流很小，处在高阻态，因此不可能对选定通道导致危害。此外，选通电源电路和恒流电源光耦电路是光防护的，进而防止了选通电源电路和恒流电源光耦电路互相影响，进一步提高了扫频激振电源电路的稳定性。

依据振弦式感应器的特点，当激振数据信号太强时，振弦会造成内存超频震动，因为内存超频成份的不一样，促使同一感应器得到的次数不一样［4］。选用了恒流电源弱激振的方式 ，调节激振电流量的尺寸，使其能靠谱激振振弦感应器的基频，而又避开内存超频。恒流电源激振的另一个优势是能够 忽视感应器导线电阻器的危害。

3 频偏激振的软件开发

单片机设计PIC16F873A内含有捕获/较为控制模块，用较为方式造成扫频信号十分便捷。若想輸出频偏激振数据信号时，最先使挑选的安全通道号相对应的MOSFET中间继电器通断，而使别的安全通道的MOSFET中间继电器截至处在高阻情况；次之，将捕获/较为控制模块安装在较为方式下，把扫频信号頻率的下限制值fmin送至16 bit的非常数据信息存储器中，清零计时器1的寄存器地址并运行计时器1开始按时记数。这时候，较为寄存器地址中的值持续与计时器1寄存器地址的值较为，当二者相同时造成一个较为终断。在较为终断程序段中首要进行下列每日任务：（1）扫频信号輸出口脉冲信号翻转；（2）輸出扫频信号的次数提升一个横距Δf；（3）将输入输出数据信号頻率与频偏的限制頻率值fmax较为，当频偏的頻率值高过限制頻率fmax时，终止频偏輸出。用较为方式造成扫频信号的较为终断子程序框图如图所示3所显示。

4 模拟仿真結果

为了更好地认证频偏激振电源电路的实际效果，采用英国基康企业的VK4100、VK4150型振弦感应器，在WE-三十万能原材料试验机里对振弦感应器开展仿真模拟载入实验，其数据测试如表1所显示。表格中“测算应变力”、“测算頻率”是依据VK4100、VK4150的分析模型测算的值。根据对表1 数据信息的进一步剖析还可以看得出，用该扫频激振方式 不仅对同一振弦感应器在不一样承受力情况时测频的相对偏差小，并且对不一样振弦感应器测频的相对偏差也不大，完成了比较稳定的频偏和靠谱的激振。从列表中可以看得出，具体测定的頻率值与标准偏差十分贴近。

用单片机设计的较为輸出方式造成扫频信号，省掉了专门的扫频信号产生器集成ic，简单化了电路原理，提升 了精确测量线路的稳定性，提升了传统式的仪表盘检测系统的设计方法。恒电流量弱激振电源电路的运用，提升了振弦感应器频偏激振的稳定性和可靠性，防止了内存超频数据信号的造成。此类频偏激振方式 已完成地运用于某船只地应力检测系统中，使长期性实时监测船只的承受力状况变成 实际。不仅为船只的应用、维护保养和维护保养给予了充足的根据，也为船只的设计方案、改善、生产制造给予了真正靠谱的数据信息及较高的实用价值。这类测频方式 也可营销推广到其它行业，如核电厂站机壳、工程建筑堤坝等必须长期性地应力检测的场所，具备宽阔的应用前景。

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