振弦式传感器信号采集卡的研制.pdf

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1、2010正仪表技术与传感器2010第1期InstrumentTechniqueandSensorNo．1振弦式传感器信号采集卡的研制缪晓中，张为公(1．无锡职业技术学院电子与信息系，江苏无锡214121；2．东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京210096)摘要：介绍振弦式传感器的数学模型及工作原理，给出了该传感器信号采集卡的设计方案。分析了激振与拾振电路的设计，传感器信号频率的等精度测量电路设计，以及采用CAN总线实现与主控卡相互通信的智能节点设计。该采集卡作为一个嵌入式智能单元，可实现根据不同应用需要与其他传感器采集卡自

2、由组合，构成一个灵活的集成数据采集系统硬件平台。关键词：振弦式传感器；激振；等精度测频；CAN总线中图分类号：TP216文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)0l一0076—04DevelopmentofSignalAcquisitionCardforVibrating-·wireTransducersMIAOXiao—zhong，ZHANGWei-gong(1．DepartmentofElectronicsEngineering，WuxiInstituteofTechnology，Wuxi214121，Ch

3、ina2．SchoolofInstrumentScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing210096，China；)Abstract：Themathematicalmodelandprincipleofvibrating—wiretransducerswereintroduced，andtheimplementalmethodofsignalacquisitioncardforthissensorwaspresented．Thedesignsofexcitationan

4、ddetectioncircuit，equal—accuracymeasurementcircuitfor~ansdueerfrequency，intelligentnodecommunicatingwithmainboardviaCAN—Buswereanalyzed．Asanembeddedin-telligentunit，accordingtodifferentapplicationrequirement，thiscardCanbuildaflexiblehardwareplatformofintegratedaequ

5、isi—tionsystemwithothersensorcards．Keywords：vibrating—wiretransducers；excitation；frequencymeasurementofequalaccuracy；CAN—bus0引言系，当振弦长度确定之后，弦的振动频率变化量可以表示张紧振弦式传感器以结构简单、坚固耐用、长期稳定性好、精度力的大小。根据弦的振动方程推导计算，可得到以下关系式Ⅲ和分辨率高而著称。该传感器输出信号为频率信号，可接长电f=1缆，便于远距离传输，所以一直受到工程界的注目，被广泛应用

6、于岩土工程、桥梁建筑等工程中。然而由于振弦式传感器自身式中：r表示弦的张紧力表示弦的线密度；表示弦的长度。的特点，使得其测量电路较一般传感器复杂。针对该传感器的由于T=Sor，or=6E，则特点，设计了一种信号采集与通信卡，可灵活可靠的实现数据1=：萼=的采集和传输。该系统由传感器激振与拾振电路模块、等精度式中：s为弦的横截面面积；or为弦所受的应力；s为弦的应变；测频电路模块,CAN总线通信电路模块3个部分组成，采用8P为弦的体密度。位单片机为控制核心实现对以上3部分电路的控制。应变可表示为：=Kf式中K-。因此应变的变化

7、为：Ae=K(f一f)(3)式中为初频，目前谐振弦式传感器都是以该式作为理论计图1系统总体框图算模型，具有普遍意义。在实际的传感器性能标定的时候，经1振弦式传感器的数学模型常采用另一个拟合公式振弦式传感器是以钢弦作为敏感元件，输入量为力，输出△s=4一)+曰一)量为频率信号的传感器。其弦振动的固有频率与张紧力有关在一般情况下，弦的体密度P弹性模量式s以及弦的长度z都可认为是不变的，因此只要测出弦的谐振频率，即可以间基金项目：江苏省汽车工程重点实验室开放基金项目(QC2006O3)；江苏接求出振弦所受的张力，应力及弦的应变8．

8、省交通科学研究计划资助项目(06C04)；江苏省高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师培养对象资助项目弦的应力与应变计算公式为收稿日期：2009—05—12收修改稿日期：2009—09—05or=如(4)第1期缪晓中等：振弦式传感器信号采集卡的研制772激振与拾振电路设计级，通过变压器升压、D的