文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
文章編號(hào): 0258-7998(2012)08-0076-03
隨著電子信息技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展,信號(hào)檢測(cè)技術(shù)[1-5]已得到了廣泛的應(yīng)用,,但同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的檢測(cè)也提出了更高的要求,,尤其在一些極端條件下信號(hào)的檢測(cè)已成為科學(xué)研究的重要手段,這就要求能設(shè)計(jì)更準(zhǔn)確,、更高效的實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成對(duì)被測(cè)對(duì)象物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)[6-7]和測(cè)量,。本文以ZY13Sens12SB傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)為平臺(tái),以振動(dòng)梁為測(cè)試對(duì)象,,利用振動(dòng)梁上的應(yīng)變傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)振動(dòng)梁的振動(dòng)過(guò)程,。給出了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理框圖和各模塊之間的接口連接,通過(guò)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上音頻振蕩器的頻率,,達(dá)到調(diào)制和改變振動(dòng)梁的振動(dòng)頻率,。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)梁以不同頻率和幅度振動(dòng),利用RIGOL系列示波器可實(shí)時(shí)觀察振動(dòng)波形。
1 振動(dòng)梁信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)
振動(dòng)梁信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)硬件平臺(tái)主要由ZY13Sens12SB傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)主控臺(tái),、振動(dòng)梁,、應(yīng)變傳感器、移相器,、相敏檢波器,、低通濾波器[8-9]等6部分組成。振動(dòng)梁在音頻信號(hào)的調(diào)制下在豎直方向不斷往返振蕩,,導(dǎo)致振動(dòng)梁應(yīng)變片發(fā)生形變,,應(yīng)變傳感器將該變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化,通過(guò)全橋轉(zhuǎn)換電路將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成電壓,,該電壓經(jīng)放大電路進(jìn)行放大后,,通過(guò)反相比例電路輸出到RIGOL系列示波器。同時(shí)音頻振蕩信號(hào)經(jīng)移相器移相后,,在相敏檢波器對(duì)放大電路放大后的信號(hào)進(jìn)行檢波,,再經(jīng)過(guò)低通濾波器將波形輸出顯示。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。
1.1 應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)換電路
在電阻應(yīng)變式傳感器中,,應(yīng)變計(jì)是敏感元件,,它將應(yīng)變量轉(zhuǎn)換成電阻的相應(yīng)變化,本系統(tǒng)中利用全電橋電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓后,,再由測(cè)量電路進(jìn)行測(cè)量,,其基本形式如圖2、圖3所示,。
1.3 相敏檢波電路
相敏檢波電路具有鑒別調(diào)制信號(hào)相位和頻率的能力,,判別被測(cè)量變化的方向,從而提高測(cè)控系統(tǒng)抗干擾能力,。從電路結(jié)構(gòu)上看,相敏檢波電路除了所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)外,,還要輸入一個(gè)參考信號(hào),,有了參考信號(hào)就可以用它來(lái)鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率,參考信號(hào)應(yīng)與所需解調(diào)的調(diào)幅信號(hào)具有同樣的頻率,,采用載波信號(hào)作參考信號(hào)就能滿足這一條件,,相敏檢波器是用來(lái)將高幅波還原成原來(lái)的信號(hào)波形,即起解調(diào)的作用,,本系統(tǒng)中相敏檢波器電路原理圖如圖5所示,。
1.4 移相器
線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)在正弦信號(hào)激勵(lì)下,其響應(yīng)電壓,、電流是與激勵(lì)信號(hào)同頻率的正弦量,,響應(yīng)與頻率的關(guān)系可用向量形式的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)來(lái)表示。在具體測(cè)量中,,往往需要在某確定頻率正弦激勵(lì)信號(hào)作用下,,獲得具有一定幅值、輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位差在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的響應(yīng)(輸出)信號(hào),。這可通過(guò)調(diào)節(jié)電路元件參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),,通常采用RC移相網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。若希望得到輸出電壓的有效值與輸入電壓有效值相等,,而相對(duì)輸入電壓又有一定相位差的輸出電壓時(shí),, 通常采用圖6(a)所示X型RC移相電路,為了便于分析,,將原電路改畫(huà)成圖6(b)所示等效電路,。
2 測(cè)量結(jié)果與討論
表1是音頻振蕩器輸出頻率改變時(shí)振動(dòng)梁振幅相應(yīng)的變化情況。從表1可看出,,當(dāng)音頻振蕩器輸出頻率從2 Hz增加到28 Hz的過(guò)程中,,振動(dòng)梁振幅先增大后減小,在音頻振蕩器輸出頻率f=8 Hz時(shí),振動(dòng)梁振幅達(dá)到最大值Vo(P-P)=0.86 V,。
圖7(a),、(b)、(c)分別為音頻振蕩器輸出頻率等于2 Hz,、8 Hz,、24 Hz時(shí)通過(guò)RIGOL系列示波器觀察到振動(dòng)梁振動(dòng)波形。通過(guò)波形圖也可清楚看到,,當(dāng)音頻振蕩器輸出頻率f=8 Hz時(shí),,振動(dòng)梁振幅最大,該頻率也是振動(dòng)梁的自振頻率,。這表明當(dāng)音頻振蕩器輸出頻率接近(等于)振動(dòng)梁的自振動(dòng)頻率時(shí),,振動(dòng)梁振動(dòng)波形振幅最大;當(dāng)音頻振蕩器輸出頻率遠(yuǎn)離振動(dòng)梁的自振動(dòng)頻率時(shí),,振動(dòng)梁相應(yīng)的振動(dòng)波形振幅較小,。
以ZY13Sens12SB傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)為平臺(tái),設(shè)計(jì)了振動(dòng)梁信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng),。通過(guò)設(shè)計(jì)各模塊部分接口電路,,調(diào)節(jié)音頻振蕩器的輸出頻率,記錄了振動(dòng)梁的振動(dòng)規(guī)律,,同時(shí)利用示波器觀察振動(dòng)波形幅值的變化規(guī)律,。結(jié)果表明,振動(dòng)梁的振動(dòng)直接依賴于音頻振蕩器的輸出頻率,,通過(guò)改變音頻振蕩器的輸出頻率可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)梁以不同頻率和幅度振動(dòng),,達(dá)到了檢測(cè)振動(dòng)梁自振頻率測(cè)量的目的。對(duì)于檢測(cè)和處理過(guò)程中存在一些信號(hào)失真的問(wèn)題,,有待于進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化電路,,克服噪聲干擾。該系統(tǒng)對(duì)橋梁等振動(dòng)檢測(cè)具有借鑒作用,。
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