1、电气测试技术 电气测试技术（第电气测试技术（第4版）版）万频 林德杰 李学聪电气测试技术 3.9 振弦式传感器振弦式传感器 3.9.1 工作原理及测量电路 3.9.2 振弦传感器的特性 3.9.3 振弦式传感器的应用电气测试技术 3.9.1 工作原理及测量电路工作原理工作原理 振弦式传感器的工作原理可用图3-106说明。由图可见，在支点与活动支点间拉紧一根长度为 、质量为 的细弦，当细弦受张力 作用时，其固有频率 为：mlFf21flmF图3-106 振弦式传感器的工作原理llElllESlfv2121)(Ff传感器的振荡频率 与弦所受张力 成单值函数关系。fF电气测试技术 弦的激发方式及测量
2、电路 弦的激发方式有间歇激发和连续激发两种。1.间歇激发及测量电路间歇激发及测量电路 间歇激发及测量电路见图3-107。图3-107 间歇激发及测量电路a）间歇激发及测量电路b）振荡信号的波形 电气测试技术 2.连续激发及测量电路连续激发及测量电路 为了克服间歇激发振荡幅值逐渐减小的缺点，可采用连续激发方式，其原理见图3-108。图3-108 连续激发及测量电路a）连续激发结构示意图 b）测量电路 电气测试技术 3.9.2 振弦传感器的特性 灵敏度 由上式可见，灵敏度 与材料系数 成正比，而与弦的振动频率成反比。材料系数 与材料的材质和几何尺寸有关，减小弦丝的长度和增加弦丝的横截面积是提高灵敏
3、度行之有效的方法。但是弦丝长度 不能太短，一般 为宜，或 ，其中 为弦丝的直径。fKddfk2KllElfv224122441lESElKvllKdfdf 2式（3-126）两边平方材料系数K微分kKKl20mm12l500300/dld电气测试技术 非线性误差 设被测张力为 时初始频率为 ，被测张力为 时振动频率为 ，则：2100000001)1(1112121FFffFFfFFmlFmlFFf0F0fFFF011f)16181211(3201FFFff时FFF02)16181211(3202FFFff其二次方非线性误差为：FFFmff412181020图3-109 输入输出特性由上式可见，
4、愈大，愈大。Fm电气测试技术 为改善非线性，常采用差动振弦传感器，见图3-110。图3-110 差动振弦传感器)81(3021FFffff于是可得其三次方非线性误差为：238181FFFm 由上式可见，差动传感器的线性度得到极大的改善。电气测试技术 频率稳定性 环境温度的变化是频率稳定性的主要影响因素。由式（3-127）可知，体积密度 以及由 引起的 不随环境温度变化。对式（3-127）两边取对数再微分得：vFlldlEdEfdff232由上式可见，振弦的长度 和材料弹性模量 受温度的影响直接影响传感器的稳定性，而两者的影响是相反的。电气测试技术 3.9.3 振弦式传感器的应用 除了振弦式传感器外，还有振筒式、振梁式和振膜式等传感器，它们统称为谐振式传感器。它们的工作原理与特性相似或相同，是20世纪70年代发展起来的。由于是频率式传感器，频率测量的精度最高（可达1013数量级），由此成为最有发展前途的传感技术之一。它们被广泛应用于测量机械扭矩、振动、位移、速度、加速度、力、应力、压力、流体流量以及成分分析等。由于篇幅所限，仅介绍振弦式压力传感器。由于简单振弦式传感器非线性严重，常用差动振弦式压力传感器，其原理示意图见图3-110。图3-110 差动振弦传感器电气测试技术 Thank you!
