弦式儀器的工作原理和技術(shù)

弦式儀器的工作原理

振弦式儀器通常包括固定在端塊或被測(cè)元件之間的鋼弦，通過(guò)測(cè)量張緊鋼弦的頻率變化來(lái)測(cè)量鋼弦的張力／應(yīng)變等物理量，鋼弦的振動(dòng)頻率與弦的張力之間的關(guān)系為：

　　　　�。疲剑�1/2L）（T/M）1/2

　　這里：Ｆ──鋼弦的自振頻率

　�。泰ぉや撓业拈L(zhǎng)度

　　　　�。桐ぉ�單位長(zhǎng)度鋼弦的質(zhì)量

　　　　　Ｔ──鋼弦的張力。

　　實(shí)踐證明，弦式儀器的技術(shù)難點(diǎn)在于其長(zhǎng)期穩(wěn)定性，影響振弦式儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素很多，最重要的因素包括鋼弦及其相關(guān)部件材料的選擇、鋼弦的固定技術(shù)、盡可能地減小由于溫度和應(yīng)變引起的弦線徐變以及減小潛在的腐蝕。高質(zhì)量的振弦式傳感器應(yīng)具有良好的設(shè)計(jì)工作特性和較低的長(zhǎng)期漂移。

 振弦技術(shù)

　　從激勵(lì)和讀數(shù)技術(shù)來(lái)區(qū)分，振弦式儀器主要有“撥振”和“自動(dòng)諧振”兩種方式�！皳苷瘛奔夹g(shù)是一種最簡(jiǎn)單的方法，它是將一個(gè)電磁線圈放在弦的中間且距弦非常近，該線圈兼作激勵(lì)和信號(hào)感應(yīng)線圈，電子脈沖信號(hào)通過(guò)兩芯導(dǎo)線傳入線圈引起磁場(chǎng)改變使鋼弦以其諧振頻率振動(dòng)。由于張力不同的鋼弦的諧振頻率不同，線圈感受到鋼弦切割磁力線的頻率并將信號(hào)通過(guò)上述兩根電纜傳到讀數(shù)裝置。讀數(shù)裝置使用高頻石英計(jì)時(shí)器及周期平均技術(shù)來(lái)精確地測(cè)定弦的振動(dòng)頻率（周期），并在幾毫微秒內(nèi)給出重復(fù)分辨率，通常分辨率能達(dá)到0.1個(gè)微應(yīng)變或更好。

　　在傳統(tǒng)的“自動(dòng)諧振”技術(shù)中，一般使用2個(gè)獨(dú)立的線圈。一個(gè)線圈作為激勵(lì)線圈，激勵(lì)鋼弦以其諧振頻率振動(dòng)。另一個(gè)線圈作為感應(yīng)線圈，用來(lái)感應(yīng)鋼弦的振動(dòng)并反饋到主動(dòng)線圈。

　　兩種技術(shù)的構(gòu)成不同，因而也帶來(lái)一些性能上的差異。一般而言，“撥振”－單線圈方式儀器和測(cè)量電路結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單；由于在傳感器內(nèi)的電子部件降低到最低限度，傳感器的可靠性及耐惡劣環(huán)境性都更好一些；同時(shí)，由于只采用一個(gè)線圈，傳感器的體積可以做得很�。ǘ�雙線圈自動(dòng)諧振式傳感器需要更長(zhǎng)的鋼弦以便能容納兩個(gè)線圈）；此外，由于單線圈振弦儀器只需兩芯電纜，總體費(fèi)用也更便宜。而“自動(dòng)諧振”－雙線圈方式的優(yōu)點(diǎn)是可以通過(guò)高速計(jì)數(shù)技術(shù)或把頻率轉(zhuǎn)換成電壓方式在一定范圍可進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量（通常動(dòng)態(tài)信號(hào)輸入頻率限制在大約 100HZ內(nèi)），然而目前由于目前單線圈連續(xù)激振技術(shù)已經(jīng)獲得了突破，雙線圈“自動(dòng)諧振”方式基本已經(jīng)沒(méi)有更多存在的理由。校正器| 轉(zhuǎn)換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無(wú)紙記錄儀|