多路振弦传感器的扫频激振技术

3 扫频激振的软件设计[3，5]

单片机PIC16F873A内带有捕捉/比较模块，用比较模式产生扫频信号十分方便。当要输出扫频激振信号时，首先使选择的通道号对应的MOSFET固态继电器导通，而使其他通道的MOSFET固态继电器截止处于高阻状态；其次，将捕捉/比较模块设置在比较模式下，把扫频信号频率的下限值fmin送到16 bit的比较数据寄存器中，清零定时器1的数据寄存器并启动定时器1开始定时计数。这时，比较数据寄存器中的值不断与定时器1数据寄存器的值比较，当两者相等时产生一个比较中断。在比较中断子程序中主要完成以下任务：(1)扫频信号输出口电平反转；(2)输出扫频信号的频率增加一个步距Δf；(3)将输出信号频率与扫频的上限频率值fmax比较，当扫频的频率值高于上限频率fmax时，停止扫频输出。用比较模式产生扫频信号的比较中断子程序框图如图3所示。



4 仿真结果

为了验证扫频激振电路的效果，选用美国基康公司的VK4100、VK4150型振弦传感器，在WE-30万能材料实验机上对振弦传感器进行模拟加载试验，其测试数据如表1所示。表中“计算应变”、“计算频率”是根据VK4100、VK4150的数学模型计算的值。通过对表1 数据的进一步分析可以看出，用该扫频激振方法不但对同一振弦传感器在不同受力状态时测频的相对误差小，而且对不同振弦传感器测频的相对误差也很小，实现了稳定的扫频和可靠的激振。从表中还可以看出，实际测量的频率值与理论值非常接近。



用单片机的比较输出模式产生扫频信号，省去了专用的扫频信号发生器芯片，简化了电路设计，提高了测量电路的可靠性，突破了传统的仪表测量系统的设计方法。恒电流弱激振电路的应用，提高了振弦传感器扫频激振的可靠性和稳定性，避免了倍频信号的产生。此种扫频激振方法已成功地应用于某船舶应力监测系统中，使长期实时监测船舶的受力情况成为现实。不但为船舶的使用、维护和保养提供了充分的依据，也为船舶的设计、改进、制造提供了真实可靠的数据及较高的使用价值。这种测频方法也可推广到其他领域，如核电站外壳、建筑大坝等需要长期应力监测的场合，具有广阔的应用前景。