请教一下振弦传感器测量读取的具体思路和相关问题。

wear778899 · 发表于 2010-9-4 20:53:42

第一次接触振弦式传感器，查找了一些相关资料，现在大概的有一个了解，我说一下自己的思路，希望能得到前辈的指点。

振弦式传感器的工作过程为激励---共振---共振信号检测通过对共振的检测来找到传感器内钢弦应变后的共振频率从而达到对目标物理量测量的目的

问题一：激励部分收集资料时看到了如下电路：

(原文件名:传感器.JPG)

图中  随手写了一个 PWM  实际上应该是一个扫频信号，  来确定传感器的响应频率。

这里的问题是振弦传感器  本身为一个等效电感，  一般情况下是否存在  “最大工作电流” 问题  是否要在  驱动电路中加入  限流电阻  来限制驱动电路部分的输出电流

问题二：共振信号的测量时机。当一定时间的激励信号结束后  需要  间隔一段时间来检测  传感器输出的频率信号  来判断传感器是否已经共振  若共振说明该激励信号在共振频率附近。那么一般情况下  这段时间是多长。  us级别还是  ms 级别

问题三：传感器激励后输出信号的电压级别。当激励信号扫频  扫到共振频率附近时  传感器由于发生共振  当激励信号停止时  会输出一个相等于激励信号的频率信号请问这个信号  的量大概范围在多少  mV  还是 10mV  或者是100uV  也就是说后续的放大电路  通常情况下在什么级别  这个问题主要是若不采用传感器一端接地的激励方式用示波器测量信号就比较困难了（示波器接地问题）

  另外传感器的输出信号的阻抗匹配控制。。。。。。

注：由于目前公司购买的传感器并没有附带相应用于设备开发的相关资料，所以目前盲人摸象中。。。。过几天传感器到货就可以试验了。去年购买的传感器内部有 NTC 用于测温，厂家居然不给出对应的表格，称自己也是花高价标定的  要我们购买他们的专用设备才可以测量温度否则不给表格数据。

小牢骚一下希望老手能在思路上  给一点指点谢谢了

wear778899 · 发表于 2010-9-4 21:07:04

自己顶

wear778899 · 发表于 2010-9-4 21:49:15

wear778899 · 发表于 2010-9-4 22:45:14

唉自己顶

hendry · 发表于 2010-9-5 08:25:35

既然传感器等效模型是一个电感，那么是否应该和传感器并联一个电容，才能谐振于某一频率？

hendry · 发表于 2010-9-5 08:35:06

当LC电路发生谐振时，阻抗迅速增大，因此可以通过检测谐振阻抗来检测谐振频率。

检测谐振阻抗的一个简单方法：用一个已知阻值电阻串联被测阻抗（Z1 + Z2），外部施加交流激励U，通过测量被测阻抗分压 U * Z2 / (Z1 + Z2) 值来测量谐振阻抗。

变换激励U频率，绘制分压值包络线，取极大值，对应频率就是谐振频率。

另外注意，激励电压应该是正弦或余弦曲线，不要用方波或PWM，否则会谐振于谐波值，引起测量错误。

wear778899 · 发表于 2010-9-5 09:00:01

谢谢 4楼关注。。。。。  不过不是你理解的那样的。。。。。。

振弦式传感器的传感变量并不是电感本身而是内部有一个钢弦这个钢弦在激励线圈的变化磁场下运动，同时钢弦本身的机械特性受到外力的影响，而钢弦在其机械特性的共振点处振动时，  激励信号消失时钢弦仍会保持一定时间的  振动  进而切割线圈磁感线产生输出信号。

所以  这里我一直提到的是共振而不是谐振

注：谐振就变成测电感的问题了若以电感为传感器恐怕几十米的引线将成为最大的问题

谢谢  hendry

继续顶

wear778899 · 发表于 2010-9-5 09:06:49

顶一下沉的太快了

hendry · 发表于 2010-9-5 09:27:09

明白了，是机械共振，就是本身震荡频率（固有频率）与外界激励频率相同，产生很大振幅，就像荡秋千一样。

提供一个思路：把传感器当成黑盒子，输入扫频信号，记录输出信号，用输出信号减去输入信号，剩下的就是共振信号了，检测共振信号频率即可。

wear778899 · 发表于 2010-9-6 09:13:27

恩理论上就是输入一个扫频信号检测“余震”。。。。。。这个不知道怎么描述好。。。。大体上就是这样今天试验一下看看

armandusb · 发表于 2010-11-13 19:12:15

激励以后数据的稳定性上你有什么好的滤波方法？

armandusb · 发表于 2010-12-18 18:56:19

不知道这个项目您弄得怎么样勒

wear778899 · 发表于 2011-1-22 09:45:32

实验中。。。。。。

bigworms · 发表于 2011-1-22 09:48:04

mark

armandusb · 发表于 2011-3-16 21:35:37

数据稳定的方法的确不容易找到，知道了后竟然什么滤波都不要了

armandusb · 发表于 2011-11-3 09:39:43

主要这个还得激励得当,最后找到什么时候读取数据才是最重要的

albert_w · 发表于 2011-11-3 09:50:25

按说停止驱动后只可能振荡在其共振频率而不可能在驱动频率吧.
设想抱着一颗小树摇,你不管怎么摇,松手它也是按自己的频率晃. 只是摇得不好松手后晃动幅度很小.

FlashNuk · 发表于 2011-11-3 10:30:52

看了很多资料都说用的是扫频的方式，判断是否发生共振。但我从来没有那么用过，我就是用一个高压电源激励几十毫秒，撤掉高压电源后，将输入信号经过多级滤波，放大，就可以得到准确的信号波形，然后用STM32测频。测频精度0.1Hz绝对没有问题。

ppworm · 发表于 2011-12-3 23:21:55

回复【17楼】FlashNuk
-----------------------------------------------------------------------

是可以不用扫频直接高压驱动的，不过好像说高压驱动对钢弦的寿命有影响。

duqiang290 · 发表于 2012-3-8 16:07:42

回复【楼主位】wear778899 兔子
-----------------------------------------------------------------------

楼主你的振弦怎么样了，我最近也在搞，希望得到你的指点

abcfanyuan · 发表于 2013-4-17 23:14:45

不知道楼主的那个项目怎么样了，小弟最近在做这个，希望得到指点

xu1688 · 发表于 2013-5-24 16:35:05

我也在激振，输出扫频信号后一点应都没有。好几天了，心烦啊

xu1688 · 发表于 2013-5-27 15:46:41

FlashNuk 发表于 2011-11-3 10:30
看了很多资料都说用的是扫频的方式，判断是否发生共振。但我从来没有那么用过，我就是用一个高压电源激励几 ...

您好，请问一下你的振弦式传感器扫频方法，我目前在做扫频激励，一直没激起了。方便的话给提个建议。谢谢！

divineliu · 发表于 2013-5-27 16:09:07

据说不少人碰到了有时能测到数据，有时测不到的问题。

FlashNuk · 发表于 2013-5-27 16:20:35

xu1688 发表于 2013-5-27 15:46
您好，请问一下你的振弦式传感器扫频方法，我目前在做扫频激励，一直没激起了。方便的话给提个 ...

我不是用的扫频，我是用高压电源激励，然后断开高压电源，检测传感器输出的信号。通过多级滤波放大，即可提取出来。不难。

xu1688 · 发表于 2013-5-27 17:12:14

FlashNuk 发表于 2013-5-27 16:20
我不是用的扫频，我是用高压电源激励，然后断开高压电源，检测传感器输出的信号。通过多级滤波放大，即可 ...

好的，谢谢了，我试试看看，你用的高压是多少V的电压。我曾经试图用12V去激励，没有成功。现在还是一直在探索扫频的方式。

FlashNuk · 发表于 2013-5-27 18:09:27

xu1688 发表于 2013-5-27 17:12
好的，谢谢了，我试试看看，你用的高压是多少V的电压。我曾经试图用12V去激励，没有成功。现在还是一直在 ...

我用的是30V的电压去激励。

xu1688 · 发表于 2013-5-28 09:14:58

FlashNuk 发表于 2013-5-27 18:09
我用的是30V的电压去激励。

哦，好的。谢谢！

wear778899 · 发表于 2013-5-28 09:53:25

FlashNuk 发表于 2013-5-27 16:20
我不是用的扫频，我是用高压电源激励，然后断开高压电源，检测传感器输出的信号。通过多级滤波放大，即可 ...

扫频的速度真的是慢的要死高压脉冲这种方式应该是很不错的选择两年期离职就在没搞过了

wear778899 · 发表于 2013-5-28 10:03:31

xu1688 发表于 2013-5-27 17:12
好的，谢谢了，我试试看看，你用的高压是多少V的电压。我曾经试图用12V去激励，没有成功。现在还是一直在 ...

你可以先做激励实验用现成的实验仪器测量传感器当前的频率共振点然后你自己发生这个频率去驱动传感器驱动信号要短几百毫秒即可比如实验时候可以几秒钟驱动一次然后将传感器贴到耳朵上会有声音如果是扫频的话扫过程中声音会由小变大在变小如果能听到声音激励就成功了使用双踪示波器观察激励信号和共振输出信号激励信号消失几十毫秒后会有稳定的共振输出信号滤波整形过零比较成方波测频率就可以了

xu1688 · 发表于 2013-5-28 11:15:11

wear778899 发表于 2013-5-28 10:03
你可以先做激励实验用现成的实验仪器测量传感器当前的频率共振点然后你自己发生这个频率去 ...

好的。谢谢，由于之前的电路是按扫频的方式做的。现在改成高压不太好改，我刚看了一个现成的测试仪器，也是用高压的，感觉用高压很快的。扫频的找那个激振频点太麻烦了。还不容易起振。

wear778899 · 发表于 2013-5-28 12:24:55

时间过去比较久了我说一下我的想法吧也算给大家一个交代

首先读取这个传感器的项目是公司自用设备制作时没有经历批量生产和严格的工业验证所以我的一些“经验”和观点肯能会很局限仅限于大家实验参考如下列描述有误  敬请见谅

关于振弦传感器的结构：一根钢弦上面带有一个铁块  钢弦和铁块置于永磁铁磁场中同时有线圈对准钢弦

传感器原理：传感器利用钢弦的形变，一般测量压力，拉力，外部扭转形变等。  发生形变时，钢弦上的拉力发生变化，导致钢弦振动可以发生不同的声音（频率不同），像乐器一样，比如吉他。

驱动和测量基本原理：在线圈上接通交流信号可以使钢弦振动，当线圈停止驱动时如果钢弦仍在振动，线圈上会产生电动势，可以测量得到波形。

根据以上的基本原理，我们要测量这个传感器，首先要使用一个驱动信号让钢弦振起来，然后断掉驱动信号测量线圈输出的信号频率，这个输出信号就是钢弦的振动频率，即可根据表格对应查到传感器测量的力的大小。

假设传感器在测量范围内的共振频率为 2000Hz~4000Hz

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。

我第一次做时，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，使用过的几种仪器都是这种方式测量，两年前离职后没有继续做这个设备，对此种方法激励非常感兴趣。

wear778899 · 发表于 2013-5-28 12:27:57

xu1688 发表于 2013-5-28 11:15
好的。谢谢，由于之前的电路是按扫频的方式做的。现在改成高压不太好改，我刚看 ...

看 32L 交流一下扫频

xu1688 · 发表于 2013-5-28 15:08:31

wear778899 发表于 2013-5-28 12:27
看 32L 交流一下扫频

得到你和FlashNuk 的指点，我现在用扫频激起来了，等我优化好算法，我会做一个总结，供大家参考。谢谢你帮我提供的那几条建议。

lsx007 · 发表于 2013-7-30 09:41:35

正在做这个，34L赶紧总结呀，

JeffreyARM · 发表于 2013-8-7 16:41:26

xu1688 发表于 2013-5-28 15:08
得到你和FlashNuk 的指点，我现在用扫频激起来了，等我优化好算法，我会做一个总结，供大家参考。谢谢你 ...

你好，请问目前扫频的方法做的怎么样了呢？我目前也在用这个方法做，可以激振起来，但是效果不太好。是否方便交流下呢？

156397226 · 发表于 2013-9-16 12:41:43

楼主你的振弦怎么样了，我最近也在搞，希望得到你的指点

lxy818 · 发表于 2013-9-16 16:22:23

用电火花或噪音源来激励，可能不用扫频，因为电火花和噪音包含大量谐波，包含各种频率。

hchanm · 发表于 2013-11-14 10:23:53

你好。我向32L请教一个问题，就是现在我能读出振弦传感器返回的数据，初始值步进是50HZ，从500扫到4500HZ后，延时几十毫秒，读出数据。但是这样每次读出来的数据有几十HZ误差。后来我采用你弟一次做的方法，进行大区间扫描，得到一个大概值，再在这个大概值正负20进行步进1HZ扫描，现在新问题来了，扫描后延时一段时间有数据读出，但是每次回来的数据也有1HZ到几HZ误差。我看了几款仪表要求都要做到误差1HZ以下，分辨率0.1HZ，稳定率也是很高的。我也做过实验，用传感器共振频率点去激振，但是它反回来的频率每次都不一样。相差值从0-10多HZ.

sky_walker · 发表于 2013-11-14 15:28:13

支持一下，这个用pwm不行吧

hchanm · 发表于 2013-11-15 13:15:12

不知道楼上的各位兄弟做的怎么样了。共同交流一下吧。

cvi670 · 发表于 2016-11-15 13:57:33

xu1688 发表于 2013-5-28 15:08
得到你和FlashNuk 的指点，我现在用扫频激起来了，等我优化好算法，我会做一个总结，供大家参考。谢谢你 ...

想问一个问题怎么判断钢弦是在共振状态呢

lmzlbf · 发表于 2016-11-22 09:57:42

hchanm 发表于 2013-11-14 10:23
你好。我向32L请教一个问题，就是现在我能读出振弦传感器返回的数据，初始值步进是50HZ，从500扫到4500HZ后 ...

这个好你的传感器也有一定的关系，不一定就是电路的问题！传感器采用何种弦、传感器的外壳材料、传感器制作工艺流程等。

请教一下 振弦 传感器测量读取的具体思路 和相关问题。

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

请教一下振弦传感器测量读取的具体思路和相关问题。