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多路振弦传感器的扫频激振技术
发布时间:2014-12-25 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]
一般的单线圈振弦式传感器的固有频率范围是400 Hz～4 500 Hz之间，其输出频率随所受压力的变化而变化。若扫频信号的频率范围是400 Hz～4 500 Hz，需要扫频的时间长、激振效果差、可控性差。为了减少扫频时间，提高测量速度，根据振弦传感器的输出频率范围设置不同的扫频频段。其方法是：由参数输入电路输入扫频信号频率的上限值fmax和下限值fmin，以及相邻2个扫频信号频率的差值Δf，这些参数存储在单片机的片内EEPROM中。这样，输出的扫频信号很有针对性，输出的激振频率可控性电感加工好。这些正是该扫频激振技术的突出优点。
对于多通道振弦传感器的选择和隔离是通过金属化场效应管（MOSFET）固态继电器实现的。当选择某一路传感器时，其对应的MOSFET固态继电器导通，而其他路的MOSFET固态继电器截止。虽然其他路传感器的激振线圈通过MOSFET接在恒流激振电路的输出端，但是MOSFET截止时的漏电流极小，处于高阻态，因而不会对所选通路造成影响。另外，选通电路和恒流驱动电路是光隔离的，从而避免了选通电路和恒流驱动电路相互影响，进一步提高了扫频激振电路的可靠性。
根据振弦式传感器的特性，当激振信号太强时，振弦会产生倍频振动，由于倍频成分的不同，使得同一传感器获得的频率不同[4]。采用了恒流弱激振的方法，调整激振电流的大小，使其能可靠激振振弦传感器的基频，而又远离倍频。恒流激振的另一个优点是可以忽略传感器引线电阻的影响。
3 扫频激振的软件设计[3，5]
单片机PIC16F873A内带有捕捉/比较模块，用比较模式产生扫频信号十分方便。当要输出扫频激振信号时，首先使选择的通道号对应的MOSFET固态继电器导通，而使其他通道的MOSFET固态继电器截止处于高阻状态；其次，将捕捉/比较模块设置在比较模式下，把扫频信号频率的下限值fmin送到16 bit的比较数据寄存器中，清零定时器1的数据寄存器并启动定时器1开始定时计数。这时，比较数据寄存器中的值不断与定时器1数据寄存器的值比较，当两者相等时产生一个比较中断。在比较中断子程序中主要完成以下任务：(1)扫频信号输出口电平反转；(2)输出扫频信号的频率增加一个步距Δf；(3)将输出信号频率与扫频的上限频率值fmax比较，当扫频的频率值高于上限频率fmax时，停止扫频输出。用比较模式产生扫频信号的比较中断子程序框图如图3所示。
4 仿真结果[6]
为了验证扫频激振电路的效果，选用美国基康公司的VK4100、VK4150型振弦传感器，在WE-30万能材料实验机上对振弦传感器进行模拟加载试验，其测试数据如表1所示。表中“计算应变”、“计算频率”是根据VK4100、VK4大电流电感150的数学模型计算的值。通过对表1塑封电感器 数据的进一步分析可以看出，用该扫频激振方法不但对同一振弦传感器在不同受力状态时测频的相对误差小，而且对不同振弦传感器测频的相对误差也很小，实现了稳定的扫频和可靠的激振。从表中还可以看出，实际测量的频率值与理论值非常接近。
用单片机的比较输出模式产生扫频信号，省去了专用的扫频信号发生器芯片，简化了电路设计，提高了测量电路的可靠性，突电感器厂家破了传统的仪表测量系统的设计方法。恒电流弱激振电路的应用，提高了振弦传感器扫频激振的可靠性和稳定性，避免了倍频信号的产生。此种扫频激振方法已成功地应用于某船舶应力监测系统中，使长期实时监测船舶的受力情况成为现实。不但为船舶的使用、维护和保养提供了充分的依据，也为船舶的设计、改进、制造提供了真实可靠的数据及较高的使用价值。这种测频方法也可推广到其他领域，如核电站外壳、建筑大坝等需要长期应力监测的场合，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] 王厚枢，余瑞芬，吴志鹤，等.传感器原理[M].北京：航空工业出版社,1987.高速差分接口及共模滤波与保护的需求 当今电子产品的操作环境中，电磁干扰(EMI)及射频干扰(RFI)源头不计其数，很大的原因就是RF技术的使用愈来愈多。这些类型的干扰导致采用差分接口的应用需要共模滤波。虽然业界寄望于采用差分信令将EM
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