谐振式传感器是如何产生异常谐振(共振),该怎么解决?

谐振式传感器是如何产生异常谐振(共振),该怎么解决?

利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器,又称频率式传感器。当被测参量发生变化时,振动元件的固有振动频率随之改变,通过相应的测量电路,就可得到与被测参量成一定关系的电信号。70年代以来谐振式传感器在电子技术、测试技术、计算技术和半导体集成电路技术的基础上迅速发展起来。其优点是体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等。按谐振元件的不同,谐振式传感器可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等(见振弦式传感器、振筒式传感器、振梁式传感器、振膜式传感器、石英晶体谐振式传感器)。谐振式传感器主要用于测量压力,也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

振弦式传感器(vibrating wire transducer)是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后,其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。

谐振式传感器是如何产生异常谐振(共振),该怎么解决?

振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为,式中l为振弦的长度,ρ为单位弦长的质量。振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。钨丝的性能稳定、硬度、熔点和抗拉强度都很高,是常用的振弦材料。此外,还可用提琴弦、高强度钢丝、钛丝等作为振弦材料。振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。振弦一端固定、一端连接在受力机构上。利用不同的受力机构可做成测压力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器。

谐振又称“共振”。振荡系统在周期性外力作用下,当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时,振幅急剧增大的现象。产生谐振时的频率称“谐振频率”。电工技术中,振荡电路的共振现象。电感与电容串联电路发生谐振称“串联谐振”,或“电压谐振”;两者并联电路发生谐振称“并联谐振”,或“电流谐振”

谐振,即物理的简谐振动,物体的加速度与偏离平衡位置方向上的位移成正比,且总是在指向平衡位置的回复力的作用下的振动。谐振的动力学方程式是F=-kx。 谐振的现象是电流增大和电压减小,越接近谐振中心,电流表电压表功率表转动变化快,但是和短路的区别是不会出现零序量。在物理学里,有一个概念叫共振,当驱动力的频率和系统的固有频率相等时,系统受迫振动的振幅最大,这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思:当电路中激励的频率等于电路的固有频率时,电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上,共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法而已。

振弦传感器产生异常谐振(共振),振弦采集模块运算出来的共振周期比正常的大三倍(如读取到的共振频率6000多hz)。  

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