振弦式传感器扫频方式求助

abcfanyuan · 发表于 2013-5-6 10:07:44

本帖最后由 abcfanyuan 于 2013-5-6 10:13 编辑

目前咋做一个振弦式传感器测量压力和温度的一个采集器，
传感器的使用原理就是给传感器一个激励，然后会传回一个共振的频率。
将小信号放大处理采集即可。
目前查资料了解到有两种激励的方法，一种是用瞬时高压激励，另外一种是用不同频率的扫频信号去激励。
第一种方法对传感器损伤大，功耗高，所以没有采纳。
使用的是第二种方法。
使用了一款北京基康仪器的BGK-FTA（4500CPR）做过测试。

他们公司使用的是扫频信号,扫频信号范围和时间如下：
1K~2K 345ms
2K~3K  216ms
1K~3K  474ms
3K~4K  238ms
5K~6K  166ms
4K~6K  162ms
3K~6K  274ms
2K~6K  428ms
1K~6K  680ms

以上时间使用的示波器测量的，可能有几个ms的差别，主要是想找出设置不同频率是扫频时间的规律和频率递增规律。

经过试验发现：
越是接近传感器固有频率进行激励其所得的频率精度越高。
而且扫频时间不能太长了（也就是频率递增不能太小），不然会激励两次（每次激励达到固有的频率传感器里面会有一个清脆的振弦声音），
扫频时间也不能太短（也就是频率递增不能太大），不然会无法扫频到传感器固有频率。

所以

   如何设置扫频很关键。要扫频范围可调。
如果想扫频范围可调可控，想过了，只能使用两个定时器
一个用于定时间隔，即频率递增时间
另一个用于产生PWM波，也就是扫频信号。

但是如何确定递增时间Δt 和和递增频率Δf 大小呢？

请有过相关经验的朋友帮忙探讨下。
谢谢啦。

BGK-4500_4560渗压计安装使用手册(REV_A)

abcfanyuan · 发表于 2013-5-6 10:14:02

自己顶一个。

abcfanyuan · 发表于 2013-5-6 12:36:23

没人吗？

xu1688 · 发表于 2013-5-24 16:36:58

lz你问题找到了吗。我也在弄类似的传感器，还没搞出来呢

abcfanyuan · 发表于 2013-5-30 23:38:11

现在没有弄这个，只是做了一下别的公司的产品的测试。这个暂时放着在，先做软件方面，大致的把手持机和模式的框架搭建下。
你的现在怎么样了？可以讨论下

abcfanyuan · 发表于 2013-5-30 23:39:23

xu1688 发表于 2013-5-24 16:36
lz你问题找到了吗。我也在弄类似的传感器，还没搞出来呢

现在没有弄这个，只是做了一下别的公司的产品的测试。这个暂时放着在，先做软件方面，大致的把手持机和模式的框架搭建下。
你的现在怎么样了？可以讨论下

xu1688 · 发表于 2013-5-31 09:10:01

我刚用扫频的方式把数读取出来，算法上还得优化。我看了有一家的测试仪，高压激振的，不知道你说这家设备是用什么方式激振的？

abcfanyuan · 发表于 2013-6-2 14:28:01

xu1688 发表于 2013-5-31 09:10
我刚用扫频的方式把数读取出来，算法上还得优化。我看了有一家的测试仪，高压激振的，不知道你说这家设备是 ...

我这里的两个设备都是用的扫频方式。他们的扫频范围一个是可以任意设置，另一个是有几个档位的。
可以用示波器看到他们的扫频信号，但是具体怎么扫频的还是很难看出来。
我用的是两个定时器，一个控制频率一个控制扫频间隔。
能否把你的思路说出来看看。

食肉动物 · 发表于 2013-6-2 14:44:44

我以前做过这玩意。我当时的方法是，每次激励停止后测量传感器波形的频率。这样的话，不必担心激励两次，因为这两次激励频率不同（递增）但是传感器响应的输出频率一样。
这东西实际应用中应该都是缓慢变化的，记住上次激励的频率，下次就以这个频率为中心，扫描周围几个频率，很快就能找到合适的

abcfanyuan · 发表于 2013-6-2 16:12:54

食肉动物发表于 2013-6-2 14:44
我以前做过这玩意。我当时的方法是，每次激励停止后测量传感器波形的频率。这样的话，不必担心激励两次，因 ...

像你说的这一种方法要经过好几次才能真正的找到那个频率吧。而且每次递增多少呢？每次扫频多长时间呢？

食肉动物 · 发表于 2013-6-2 23:13:23

abcfanyuan 发表于 2013-6-2 16:12
像你说的这一种方法要经过好几次才能真正的找到那个频率吧。而且每次递增多少呢？每次扫频多长时间呢？ ...

不懂为什么要好几次啊。。。比如，扫描从10KHz 到 50KHz，每次增加1KHz，比如传感器固有频率是11.2KHz，那么用11K来扫的时候，传感器就会有响应了，测出来的值会是11.2KHz而不是11KHz。我记得每个频点用七八个振荡周期就可以了，这个好像是传感器的资料上给出来的

abcfanyuan · 发表于 2013-6-3 01:33:42

食肉动物发表于 2013-6-2 23:13
不懂为什么要好几次啊。。。比如，扫描从10KHz 到 50KHz，每次增加1KHz，比如传感器固有频率是11.2KHz， ...

如果像你说的从10K到50K 频率间隔为1K 在步进的过程中有两个问题，首先是频率间隔怎么去确定？1K是不是大了？能让其产生共振吗？
第二个问题就是，在步进的过程中，接近11.2K左右的频率时也会激发传感器产生振动，但是不是固有频率（不是只有接近固有频率才会让传感器达到真正条件下的固有频率吗），
因为输入和输出在同一根线上，所以扫频时间多长也是个问题。一直在研究这个但是进展不大扫频时间和频率间隔无法把握。

食肉动物 · 发表于 2013-6-3 20:16:38

本帖最后由食肉动物于 2013-6-3 20:17 编辑

abcfanyuan 发表于 2013-6-3 01:33
如果像你说的从10K到50K 频率间隔为1K 在步进的过程中有两个问题，首先是频率间隔怎么去确定？1K是 ...

这两个问题都很容易通过实验确定啊，我当时就是试的。1K是我随便说的，只是举个例子。还是假设固有频率1.2K，用1K激励的时候，也会产生振荡，叫受迫振动吧。但是激励停止后，传感器输出振荡持续得比较短，比如可能只有3个周期达到（滞回）比较器的电平阈值。比如用1.1K激励的话，可能有15个周期可以达到。可能用1.2K激励的话，可以有几百个。可以检测输出的振荡个数，超过一定数量就可以处理数据了。如果输出的振荡少于一定周期数，说明频率不对，可以直接切换到下一个频率了

lsx007 · 发表于 2013-7-30 09:56:55

你们的激励电路是这么接的？

wear778899 · 发表于 2013-7-30 10:28:50

本帖最后由 wear778899 于 2013-7-30 10:31 编辑

如果你非要必须扫频测量的话可以这样  先粗略的扫频找到大致的共振点  增量可以非常大比如上面你说  11.2K  然后  你扫到10K 或者 11K时找到

然后在这个确定的  11K 或者10K 附近确定范围  比如正负1    前者 10~12 后者  9~11K 再次扫频

再次扫频的策略  第一  频率增量变小  取决于你要达到的精度  第二扫频之后要很长的延时在测量  越是接近共振点共振时间越长  你延长这个时间就可以过滤掉共振点附近产生的回应  有足够的延时只要确定有没有输出回应就可以用激励信号作为测量的答案这个要自己调试不同质量不同价格的传感器时间可能会不同实际上还是取决于你想达到的精度

但实际上第二次扫频激励的共振输出信号可以尝试用测频方式会更准确这一点跟高压拨弦的道理是一样的

lsx007 · 发表于 2013-7-30 11:59:09

5v激励电压是不是很难激振，从1k到3k的频率，每个频率送10个脉冲后在检测输出信号，然后手动调节，步进为2Hz，但是还是没有探测到传感器返回的信号！

lsx007 · 发表于 2013-7-30 12:02:41

不知道是滤波电路问题还是传感器没有起振

abcfanyuan · 发表于 2013-7-30 13:53:52

lsx007 发表于 2013-7-30 11:59
5v激励电压是不是很难激振，从1k到3k的频率，每个频率送10个脉冲后在检测输出信号，然后手动调节，步进为2H ...

我用的是正负5伏激振的，也看到别人用10伏激振。

abcfanyuan · 发表于 2013-7-30 13:59:15

lsx007 发表于 2013-7-30 12:02
不知道是滤波电路问题还是传感器没有起振

你可以听一下那个传感器的。如果起振了会有一声很清脆的响声

abcfanyuan · 发表于 2013-7-30 14:08:06

wear778899 发表于 2013-7-30 10:28
如果你非要必须扫频测量的话可以这样先粗略的扫频找到大致的共振点增量可以非常大比如上面你说 ...

那个扫频增量和每个频率对应几个周期不好确定。因为扫频信号和那个回应的信号是同一根线，所以有时候已经起振了
但是还在扫频。可能就会干扰信号。

wear778899 · 发表于 2013-7-30 15:23:49

本帖最后由 wear778899 于 2013-7-30 15:25 编辑

abcfanyuan 发表于 2013-7-30 14:08
那个扫频增量和每个频率对应几个周期不好确定。因为扫频信号和那个回应的信号是同一根线，所以有时候已经 ...

激励300ms 左右就可以

共振时也不是马上有稳定的信号

约100ms以后有非常稳定的波形通常共振时持续300~500ms 不是问题扫频没那么不好确定只是要做到快速就很难

JeffreyARM · 发表于 2013-8-3 10:29:15

正如19楼所说，给激励信号的时候，可以听一下传感器。如果传感器产生共振，是能听到清脆的钢弦振动的声音的。建议lz将步进频率适当调小试试，步进时间和步进频率很重要。

cvi670 · 发表于 2016-11-15 14:16:58

食肉动物发表于 2013-6-3 20:16
这两个问题都很容易通过实验确定啊，我当时就是试的。1K是我随便说的，只是举个例子。还是假设固有频率1. ...

这个方法感觉不错

lmzlbf · 发表于 2016-11-22 11:26:54

激励方式一：扫频激励。钢弦发生了形变，共振频率是未知的，那么我们在2000~4000Hz内发出一个脉冲扫频激励信号，如果共振频率跟激励信号接近时，当激励信号消失时，测量传感器线圈输出频率，即可确定压力。需要注意的问题有两个，第一扫频的频率间隔，第二激励信号消失后的测量时机。首先扫频激励需要是脉冲式的，因为要关闭激励信号才可以测量响应信号。那么扫频过程需要的时间由扫频的间隔决定。扫频的间隔越小，测量使用的时间越长。当每次激励结束后不能马上测量，需要等待十几毫秒至几十毫秒，如测量无响应则改变频率继续激励。实际上这两者是矛盾的，扫频间隔越大，测量越快速，但是如果共振点落在扫频间隔中间时，扫频激励产生的共振响应时间非常短，扫频后需要马上测量才捕捉的到，但是如果这个等待时间设计的很短，当扫频激励刚好落在共振频率附近时，激励过后马上读取响应信号有可能出错，或者硬件上需要做更多的处理，此处需要一个平衡点。
一次做时，使用了两次扫频，第一次间隔较大，扫频激励后对共振信号短延时后测量是否存在，快速找到共振点区间，在进行第二次区间内扫频激励，测量稳定的频率信号。其实这个办法比较笨重，效率很低。如无特殊要求，设计一个合理的扫频间隔，是可以一次稳定测量的。
激励方式二：高压拨弦。使用一个高压脉冲信号激励钢弦，虽然激励信号不在共振点附近，但高压的能量产生一个“拨弦”效果，好像用力拉一下在松开一样，激励信号结束后，钢弦会发生振动，测量振动时线圈输出信号的频率即可。这种方式相对来说测量迅速，

振弦式传感器扫频方式求助

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