利用振弦式傳感器測量物理量是基于其鋼弦振動(dòng)頻率隨鋼絲張力變化，輸出的是頻率信號(hào)，具有抗干擾能力強(qiáng)，對電纜要求低，有利于傳輸和遠(yuǎn)程測量的特點(diǎn)。因此，可獲得非常理想的測量效果。

　　1 振弦式傳感器的工作原理

　　振弦式傳感器由定位支座、線圈、振弦及封裝組成。振弦式傳感器可等效成一個(gè)兩端固定繃緊的均勻弦，如圖1所示。

　　振弦的振動(dòng)頻率可由以下公式確定：

　　其中S為振弦的橫截面積，ρv為弦的體密度（ρv=ρ/s），△l為振弦受張力后的長度增量，E為振弦的彈性模量，σ為振弦所受的應(yīng)力。

　　當(dāng)振弦式傳感器確定以后，其振弦的質(zhì)量m，工作段（即兩固定點(diǎn)之間）的長度L，弦的橫截面積S，體密度ρv及彈性模量E隨之確定，所以，由于待測物理量的作用使得弦長有所變化，而弦長的變化可改變弦的固有振動(dòng)頻率，由于弦長的增量△l與振弦的最長駐波波長的固有頻率存在確定的關(guān)系，因此只要能測得弦的振動(dòng)頻率就可以測得待測物理量。

　　2 測頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　2.1 基本原理

　　振弦式傳感器工作時(shí)由激振電路驅(qū)動(dòng)電磁線圈，當(dāng)信號(hào)的頻率和振弦的固有頻率相接近時(shí)，振弦迅速達(dá)到共振狀態(tài)，振動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)。

　　勢通過檢測電路濾波、放大、整形送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收的信號(hào)，通過軟件方式反饋給激振電路驅(qū)動(dòng)電磁線圈。通過反饋，弦能在電磁線圈產(chǎn)生的變化磁場驅(qū)動(dòng)下在本振頻率點(diǎn)振動(dòng)。當(dāng)激振信號(hào)撤去后，弦由于慣性作用仍然振動(dòng)。單片機(jī)通過測量感應(yīng)電動(dòng)勢脈沖周期，即可測得弦的振動(dòng)頻率，最后將所測數(shù)據(jù)顯示出來。測頻原理框圖如圖2所示。

　　2.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　根據(jù)以上的基本原理和思想，設(shè)計(jì)的測頻系統(tǒng)的整體電路如圖3所示。主要由激振電路、檢測電路、單片機(jī)控制電路和顯示電路等幾部分組成。工作過程是由單片機(jī)產(chǎn)生某一頻率的激振信號(hào)，經(jīng)放大后激勵(lì)振弦振動(dòng)，拾振線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢經(jīng)幾級放大后送給單片機(jī)處理，最后送顯示電路顯示。

　　2.2.1 激振電路

　　激振電路采用掃頻激振技術(shù)，就是用一個(gè)頻率可以調(diào)節(jié)的信號(hào)去激勵(lì)振弦式傳感器的激振線圈，當(dāng)信號(hào)的頻率和振弦的固有頻率相接近時(shí)，振弦能迅速達(dá)到共振狀態(tài)。由于激勵(lì)信號(hào)的頻率是容易用軟件方便控制的，所以只要知道振弦固有頻率的大致范圍（一般來說，對一種已知的傳感器其固有頻率的大致范圍是確定的），就用這個(gè)頻率附近的激勵(lì)信號(hào)去激發(fā)他，就能使振弦很快起振。