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元件之間的鋼弦，通過測量張緊鋼弦的頻率變化來測量鋼弦的張力／應(yīng)變等物理量，鋼弦的振動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度

　　　　�。桐ぉ�單位長度鋼弦的質(zhì)量

　　　　　Ｔ──鋼弦的張力。

　　實踐證明，弦式儀器的技術(shù)難點在于其長期穩(wěn)定性，影響振弦式儀器長期穩(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)計工作特性和較低的長期漂移。

 振弦技術(shù)

　　從激勵和讀數(shù)技術(shù)來區(qū)分，振弦式儀器主要有“撥振”和“自動諧振”兩種方式�！皳苷瘛奔夹g(shù)是一種最簡單的方法，它是將一個電磁線圈放在弦的中間且距弦非常近，該線圈兼作激勵和信號感應(yīng)線圈，電子脈沖信號通過兩芯導(dǎo)線傳入線圈引起磁場改變使鋼弦以其諧振頻率振動。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通過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時器及周期平均技術(shù)來精確地測定弦的振動頻率（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個微應(yīng)變或更好。

　　在傳統(tǒng)的“自動諧振”技術(shù)中，一般使用2個獨立的線圈。一個線圈作為激勵線圈，激勵鋼弦以其諧振頻率振動。另一個線圈作為感應(yīng)線圈，用來感應(yīng)鋼弦的振動并反饋到主動線圈。

　　兩種技術(shù)的構(gòu)成不同，因而也帶來一些性能上的差異。一般而言，“撥振”－單線圈方式儀器和測量電路結(jié)構(gòu)最簡單；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，由于只采用一個線圈，傳感器的體積可以做得很�。ǘ�雙線圈自動諧振式傳感器需要更長的鋼弦以便能容納兩個線圈）；此外，由于單線圈振弦儀器只需兩芯電纜，總體費用也更便宜。而“自動諧振”－雙線圈方式的優(yōu)點是可以通過高速計數(shù)技術(shù)或把頻率轉(zhuǎn)換成電壓方式在一定范圍可進(jìn)行動態(tài)應(yīng)變測量（通常動態(tài)信號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“自動諧振”方式基本已經(jīng)沒有更多存在的理由。校正器| 轉(zhuǎn)換器| 傳送器| 變送器| 傳感器| 記錄儀| 有紙記錄儀| 無紙記錄儀|