[发明专利]一种振弦传感器激振方法

说明书

技术领域

本发明属于传感器测量范畴，涉及振弦传感器测量系统，特别涉及一种振弦传感器激振方法。

背景技术

由于振弦式传感器输出为频率信号，在传输过程中可以忽略电缆的电阻、电感及电容等因素的影响，具有抗干扰能力强、易于长距离传输的优点，所以被广泛地用于水库大坝、桥梁、基坑等工程的应力应变、变形、渗流、液位、温度等的监测中。振弦式传感器的一般工作原理是：钢弦放置在磁场中，用一定方式对钢弦加以激振后，钢弦将会发生振动，振动的弦线在磁场中作切割磁力线运动，因此，可以在拾振线圈中感应出电势，感应电势的频率就是振弦的振动频率。由力学原理可知，钢弦的共振频率与弦线所承受的张力或拉力具有函数关系，其张力或拉力与传感器所承受的压力或位移成线性关系，因此测得振弦的共振频率即可求出待测物理量(压力或位移等)。这类传感器有两种形式：一种是双线圈，一只是激振线圈，激振振弦让弦振动起来，另一只是拾振线圈，它是能把振弦的机械振动转换为同频率的感应电动势的装置；另一种是单线圈，这种传感器激振线圈和拾振线圈为同一个线圈，激振和拾振分时进行，先激振，后拾振。为了便于拾取和处理振弦振动信号，需要使振弦具有尽量大的振幅。若激振的时候能使振弦达到共振状态，则可获得较大的振幅。

对于间歇工作的振弦传感器，主要的激振方法有传统的间歇激振方式和常用的扫频激振方式。间歇激振方式的工作原理是：首先，对激振线圈通电，使激振线圈吸住振弦，然后，断开激振线圈的电流，释放振弦使振弦自由振动，此时的振动频率即为共振频率。扫频激振方式的工作原理是：用一串连续的频率信号扫描输出去激励振弦传感器的激振线圈，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，激励信号停止后，它在线圈中产生的感应电势的频率即是振弦的固有频率。

传统的间歇激振方式激振效果差，激振幅度小，振动持续时间短，不利于拾取和处理振弦振动信号，影响了测量精度。扫频激振方式具有激振可靠的优点，但是由于要扫频激振较宽的频率范围，所以需要较长的激励时间，而且会造成已经共振的振弦在扫频结束时振幅已有所衰减。

发明内容

为了克服现有的激振方式存在上述缺陷的不足，本发明的目的在于：提供一种振弦传感器激振方法，该方法可以提高激振的可靠性以及共振的幅度，并缩短激振时间。振动幅度的提高可增强抗干扰能力、降低信号处理电路成本、增加可用测量时间、提高频率测量精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种振弦传感器激振方法，它包括以下次序的操作步骤：

(1)初振：采用现有的间歇激振方式对振弦传感器的激励线圈进行单次激励；

(2)初测：对拾振线圈的信号进行处理并测量信号频率，得到低精度的共振频率测量值f1；

(3)检验：计算振动信号各周期间的统计特征，对统计特征进行检验：

①检测频率平均值是否在传感器标称工作范围内；

②检测方差是否超过限值；

如果上述检验没有通过则采用扫频激振方式重新进行激振，如果通过了就进入复振过程，如果多次不通过就报错，并结束测量；

(4)复振：采用频率为f1的信号激励振弦传感器的激励线圈，振弦共振后停止激励，或在f1频率附近的较窄带宽进行扫频激励；

(5)复测：对拾振线圈的信号进行处理并测量信号频率，得到测量值f2，f2即为振弦共振频率的精确值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、起振快，缩短检测时间，提高工作效率

主要是由于本发明在复振中采用接近共振频率的信号进行激励，起振时间非常短，可以缩短检测时间，提高工作效率。

2、振幅大，提高激振的可靠性，提高测量精度

本发明在复振中振弦能稳定处于共振状态，振幅大。振幅大可以提高信噪比、增强抗干扰能力、提高激振的可靠性、延长振动持续时间，进而可以测量较多信号周期，可有效提高频率测量精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明振弦传感器激振方法的流程图。

图2是本发明涉及的振弦传感器测量装置的电路原理框图。

图中，1.振弦，2.振弦式传感器，3.线圈，4.模拟开关，5.220欧电阻，6.波形发生器，7.单片机，8.扫频激励电路，9.信号处理电路。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1所示：

第一步，初振：采用现有的间歇激振方式对振弦传感器的激励线圈进行单次激励；