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6-4 振弦式传感 　 振弦式传感器以张紧的钢弦作为敏感元件，其振动的固有频率与张紧力有关．当振弦长度确定后，弦频率变化量即可表示张紧力的大小．其输入量为力，输出量为频率信号． 一　弦振兴的固有频率 图６－３０为振弦式传感器的原理图，敏感元件振弦２是一根张紧的金属丝，置于直流磁场３中，其一端固定于支承１上，另一端与可动部件４相连．张力Ｔ作用于可动部件上，使弦张紧． 此时，振弦的固定有频率 　可由下式决定 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－２７）　　 其中 l --------振弦的有效长度; 振弦的线密度(单位长度的质量). 二　弦振的激励方式 为了测量出弦的固有频率 ，必须设法激发弦振动，　激发弦振动的方式一般有两种． （一）连续激励法 　　１．电流法 　　　　它是把钢弦作为振器的一部分．在磁场中，当钢弦通入电流时便产生振动，钢弦振动后输出一信号给放大器Ａ，经放大器后通过反馈网络Ｄ把放大器输出的一部分电流反馈到钢弦上，使钢弦连续振动，其原理如图６－３１所示． 图6-31 根据图6-31,我们来推导弦振动的固有频率公式.当电流I 流过振弦时,弦受到作用力为 F=Bli　　　　　　　　　　　　　　（６－２８） 式中 B 磁感应强度; l 振弦的有长度; i 通过振弦的电流. 设时间t= tx时振弦偏离初始平衡位置为 则其弹性反作用力Fe为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－３２） 式中 k 振弦的横向刚度系数. 由于 则反电势为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－３３） 上式与电感反电动势公式 相比可以看出,位于磁场内张紧的弦产生横向振动时,其作用又相当于感性阻抗,其等效电感为 　　　　　　　　　　　　　　 因此,位子磁场中一根张紧的钢弦的运动,如同一个并联的LC电路,其振荡频率可按LC回路方法计算,即 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－３４） 将等效电容C和等效电感L代入上式得 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－３５） 而振弦的横向刚度系数和质量可分别按下式求得 　　　　　　　故 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６－３５） 由上式可看出,振荡频率 f 与振弦张紧力T为非线性关系并接近为抛物线关系. 电磁法(或线圈法) 这各方法在振弦中无电流通过,如图6-2所示. 用两组电磁线圈,一组用来连续激励振弦的激励线圈,另一组是用来接受信号的感应线圈. 图6-2 电磁法激励示意图 (二) 间歇激励法 如果在振弦1中装上一小片纯铁,旁边放置电磁铁2,如图6-3( a)所示. 　当磁铁的线圈通入一脉冲电流时,电磁铁通过纯铁片5吸引振弦;当电流断开时,电 磁铁失去吸引力释放振弦,于是振弦产生振动,振动的频率即为振动的固有频率 . 在振动的旁边还放置一个绕有线 圈的的永久磁铁3,当振弦振动时, 装在弦上的另一纯铁片与永久磁铁3 的位置周期性地变化,从而使绕在 永久磁铁上的线圈感应出交变电动势, 由线圈两端输入测量电路,感应电势的 频率即为振弦的固有频率．这样可由 　输出电势的频率测得振弦的固有振动 　频率． 在实际应用中，往往把磁铁２和绕有感应线圈 的磁铁３合并为一个电磁装置４，如图6-33（b） 所示． 三 振弦传感器的灵敏度和线性度 (一)灵敏度 由(6-27)式可知 由于 式中S 弦的截面积; 弦所受的应力. 从而有