传感器技术10-数字传感器-中英对照.ppt

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1、第十章第十章 数字式传感器数字式传感器Digital Sensors光栅光栅Raster/Grating1.2第第10章章 数字式传感器数字式传感器感应同步器感应同步器Inductosyn10.110.2编码器编码器Encoder10.3频率式传感器频率式传感器Frequency 第第10章章 数字式传感器数字式传感器数字式传感器:能把被测(模拟analog)量直接转换成数字digital量输出的传感器数字式传感器具有下列特点：1.具有高的测量精度和分辨率，测量范围大；2.抗干扰能力强，稳定性好；3.信号易于处理、传送和自动控制；4.便于动态及多路测量，读数直观；5.安装方便，维护简单，工作可

2、靠性高。10.1 感应同步器感应同步器感应同步器(InductosynInductive Synchronizer)是应用电磁感应原理电磁感应原理把位移量(Displacement quantity)转换成数字量(Digital quantity)的传感器。感 应 同 步 器 是 一 种 多 极 感 应 元 件(Multipole sensing element)，由于多极结构对误差起补偿作用，所以用感应同步器来测量位移具有精度高、工作可靠、抗干扰能力强、寿命长、接长便利等优点。第一节第一节 感应同步器感应同步器 第第10章章 数字式传感器数字式传感器结构组成第第10章章 数字式传感器数字式传

3、感器基板(Foundation)上通过粘合剂(Adhesive)4粘有一层铜箔(Copper foil)。铜箔厚度在0.lmm以下，通过蚀刻(etching)得到所需的绕组(Winding)3的图形。在铜箔上面是一层耐腐蚀的绝缘涂层1。根据需要还可在滑尺表面再贴一层带绝缘层的铝箔(Aluminium foil)5，以防止静电感应(Static Induction)。第第10章章 数字式传感器数字式传感器一、感应同步器的工作原理一、感应同步器的工作原理定尺(Stationary scale)中的感应电势随滑尺(Sliding scale)的相对移动呈周期性(Periodic)变化；定尺的感应电势

4、(Induced potential)是感应同步器相对位置的正弦函数(Sine function)。若在滑尺的正弦(Sine)与余弦(Cosine)绕组上分别加上正弦电压usUssint和ucUcsint，则定尺上的感应电势es和ec可用下式表达：其中：K耦合系数(Coupling Coefficient)；与位移x等值的电角度，2xW第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器对于不同的感应同步器，若滑尺绕组激磁(Excitation)，其输出信号的处理方式有:1.鉴相法(Phase Discrimination)2.鉴幅法(Amplitude Discrim

5、ination)3.脉冲调宽法(Impulse Width Modulation)三种。第第10章章 数字式传感器数字式传感器所谓鉴相(Phase Discrimination)法就是根据感应电势的相位来测量位移。采用鉴相法，须在感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组(Cosine winding)上 分 别 加 频 率 和 幅 值(Amplitude)相同，但相位差为/2的正弦激磁电压，即usUmsint和ucUmcost。鉴相法鉴相法(Phase discrimination method) 根据式（102），当余弦绕组单独激磁(Excitation)时，感应电势为 同样，当正弦绕组单独激磁时，感

6、应电势为 第第10章章 数字式传感器数字式传感器10-310- 正、余弦绕组同时激磁时，根据叠加原理(Superposition Principle)，总感应电势为:上式是鉴相法的基本方程。由式可知，感应电势e和余弦绕组激磁电压 之间相位差 正比于定尺与滑尺的相对位移(Relative displacement)。第第10章章 数字式传感器数字式传感器10-第第10章章 数字式传感器数字式传感器所谓鉴幅法就是根据感应电势的幅值来测量位移。若在感应同步器滑尺的正弦和余弦绕组上分别加频率和相位相同、但幅值不等的正弦激磁电压，即和 。则在定尺绕组上产生的感应电势分别为 鉴幅法鉴幅法(Amplitud

7、e discrimination method)根据叠加原理(Superposition Principle)，感应电势为：（106）由上式可知，感应电势的幅值为 KUmsin（），调整激磁电压值，使2xW2，则定尺上输出的总感应电势为零。激磁电压的中值反映了感应同步器定尺与滑尺的相对位置。式（106）是鉴幅法的基本方程。=3脉冲调宽法脉冲调宽法(Impulse Width Modulation)前面介绍的两种方法都是在滑尺上加正弦激磁电压，而脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期性方波(Square Wave)电压，即其波形如图10-8(a)所示。把us，uc分别用傅里叶级数展开(F

8、ourier series expansion)，可得感应同步器感应同步器若把us加到滑尺正弦绕组上，则定尺感应电势es应为各次谐波所产生的感应电势之和，即(10-7)(10-8)(10-9)感应同步器感应同步器若把uc加到滑尺余弦绕组上，同样可得到定尺感应电势为各次谐波(Harmonic)产生的感应电势之和，即(10-10)es、ec的波形均为一系列的尖脉冲，如图10-8(b)。图10-8 波形图（a）激磁方波电压；（b）感应电势 当正弦、余弦绕组同时分别以us、uc激磁时，根据叠加原理，定尺中的总感应电势为eesec。从上面的es、ec表达式中可知：感应电势除基波分量外，还含有丰富的高次谐

9、波分量。若使用性能良好的滤波器滤去高次谐波，取出基波(Fundamental Harmonic)成分，这时可认为感应电势为（1011）它表明了滑尺、定尺间的相对位移与激磁脉冲的宽度之半的关系。第第10章章 数字式传感器数字式传感器当用感应同步器来测量位移时，与鉴幅法相类似，可以调整激磁脉冲宽度值，用跟踪。当用感应同步器来定位时，则可用中来表征定位距离，作为位置指令，使滑尺移动来改变，直到，即e0时停止移动，以达到定位的目的。脉冲调宽法则在滑尺的正弦和余弦绕组上分别加周期性方波电压,可认为感应电势为第第10章章 数字式传感器数字式传感器二、数字测量系统二、数字测量系统鉴相法测量系统鉴相法测量系统

10、图109为鉴相法测量系统的原理框图。它的作用是通过感应同步器将代表位移量的电相位变化转换成数字量。鉴相法测量系统通常由位移相位转换，模一数转换和计数显示三部分组成。第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器位移相位转换的功能是通过感应同步器将位移量转换为电的相位移。模数转换的主要功能是将代表位移量（定尺输出电压的相位）的变化再转换为数字量。鉴相器是一个相位比较装置，其输人来自经放大、滤波、整形后的输出信号e，以及相对相位基准输出信号o。相对相位基准（脉冲移相器）实际上是一个数模转换器、它是把加、减脉冲数转换为电的相位变化。模数转换的关键是鉴相器。第第10章章

11、数字式传感器数字式传感器 由以上分析可见鉴相法测量系统的工作原理是：当系统工作时，相位差小于一个脉冲当量。若将计数器置0，则所在位置为“相对零点”。假定以此为基准，滑尺向正方向移动，的相位发生变化，与之间出现相位差，通过鉴相器检出相位差，并输出反映滞后于的高电平。该两输出信号控制脉冲移相器，使产生相移，趋近于。当到达新的平衡点时，相位跟踪即停止，这时。在这个相位跟踪过程中，插人到脉冲移相器的脉冲数也就是计数脉冲门的输出脉冲数，再将此脉冲数送计数器计数并显示，即得滑尺的位移量。另外，不足一个脉冲当量的剩余相位差，还可以通过模拟仪表显示。鉴幅法测量系统鉴幅法测量系统此系统的作用是通过感应同步器将代

12、表位移量的电压幅值转换成数字量。图图10-10 10-10 鉴幅法测量系统原理图鉴幅法测量系统原理图鉴相法和鉴幅法测量系统都是一个闭环伺服系统，只是反馈量不同。在使用中，都受最大运动速度的限制，且后者的运动速度及精度都较前者低。第第10章章 数字式传感器数字式传感器三、感应同步器的接长使用三、感应同步器的接长使用感应同步器可用于大量程的线位移和角位移的静态和动态测量。在数控机床、加工中心及某些专用测试仪器中常用它作为测量元件。与光栅传感器相比，它抗干扰能力强，对环境要求低，机械结构简单，接长方便。目前在测长时误差约为1m/250mm，测角时误差约为0.5”。10.2 光栅光栅光栅(Raster

13、/Grating)是由很多等节距的透光缝隙和不透光的刻线均匀相间排列构成的光器件。按工作原理，有物理光栅(Physical Grating)和计量光栅(Metric Grating)之分，前者的刻线比后者细密。物理光栅主要利用光的衍射(diffraction)现象，通常用于光谱分析和光波长测定等方面；计量光栅主要利用光栅的莫尔条纹(Moire Stripes)现象，它被广泛应用于位移的精密测量与控制中。按应用需要，计量光栅又有透射光栅(Transmission Raster)和反射光栅(Reflection Raster)之分，而且根据用途不同，可制成用于测量线位移的长光栅(直光栅)和测量角位

14、移的圆光栅。第二节第二节 光光 栅栅 光光栅栅的的结结构与构与测测量原理量原理 图图 10-12 光光栅栅的莫的莫尔尔条条纹纹（a）光光栅栅 （b）莫莫尔尔条条纹纹1-主光主光栅栅 2-指示光指示光栅栅莫莫尔尔条条纹纹Moire S 第第10章章 数字式传感器数字式传感器光电转换光电转换(Photoelectric conversion)为了进行莫尔条纹(Moire Stripe)读数，在光路系统中除了主光栅(Primary Raster)与指示光栅(Indication Raster)外，还必须有光源(Light source)、聚光镜(Condensing Lens)和光电元件(Photo

15、electric component)等。图10-13为一透射式光栅传感器的结构图。主光栅与指示光栅之间保持有一定的间隙。光源发出的光通过聚光镜后成为平行光(Parallel light)照射光栅，光电元件（如硅光电池）把透过光栅的光转换成电信号。光光 栅栅图图10-13 透射式光透射式光栅传栅传感器感器结结构构图图1-主光主光栅栅 2-指示光指示光栅栅 3-硅光硅光电电池池 4-聚光聚光镜镜 5-光源光源图10-13为一透射式光栅传感器的结构图。主光栅与指示光栅之间保持有一定的间隙。光源发出的光通过聚光镜后成为平行光照射光栅，光电元件（如硅光电池）把透过光栅的光转换成电信号。当两块光栅相对移

16、动时，光电元件上的光强随莫尔条纹移动而变化。如图10-14所示，光光 栅栅在a位置，两块光栅刻线重叠，透过的光最多，光强最大；在位置c，光被遮去一半，光强减小；在位置d，光被完全遮去而成全黑，光强为零。光栅继续右移；在位置e，光又重新透过，光强增大。在理想状态时，光强的变化与位移成线性关系。但在实际应用中两光栅之间必须有间隙，透过的光线有一定的发散，达不到最亮和全黑的状态；再加上光栅的几何形状误差，刻线的图形误差及光电元件的参数影响，所以输出波形是一近似的正弦曲线，如图10-14所示。图10-14 光栅位移与光强、输出信号的关系光光 栅栅可以采用空可以采用空间滤间滤波波(spatial fil

17、tering)和和电电子子滤滤波波(electronic filtering)等方法来消除等方法来消除谐谐波分量波分量(harmonic components)，以，以获获得正弦信号。得正弦信号。光光电元件的输出电压电元件的输出电压u（或电流（或电流i）由直流分量）由直流分量U0和和幅值为幅值为Um的交流分量叠加而成，即的交流分量叠加而成，即（10-13）上式表明了光上式表明了光电电元件的元件的输输出与光出与光栅栅相相对对位移位移x的关系的关系第第10章章 数字式传感器数字式传感器数字转换数字转换(Digital conversion)原理原理1 1辨向原理辨向原理(principle of

18、direction judgement)光栅的位移变成莫尔条纹的移动后，经光电转换就成电信号输出。但在一点观察时，无论主光栅向左或向右移动，莫尔条纹均作明暗交替变化。若只有一条莫尔条纹的信号，则只能用于计数，无法辨别光栅的移动方向。为了能辨向，尚需提供另一路莫尔条纹信号，并使两信号的相位差为/2。通常采用在相隔1/4条纹间距的位置上安放两个光电元件来实现，第第10章章 数字式传感器数字式传感器 2 2电子细分电子细分(Electric subdivision)高精度的测量通常要求长度精确到10.lm，若以光栅的栅距作计量单位，则只能计到整数条纹。例如，最小读数值为0.lm，则要求每毫米刻一万条

19、线。就目前的工艺水平有相当的难度。所以，在选取合适的光栅栅距(Raster space)的基础上，对栅距细分，即可得到所需要的最小读数值，提高“分辨”能力。第第10章章 数字式传感器数字式传感器四倍频细分(Quadruple subdivision)在上述“辨向原理”的基础上若将u2方波信号也进行微分，再用适当的电路处理，则可以在一个栅距内得到二个计数脉冲输出，这就是二倍频细分。如果将辨向原理中相隔B4的两个光电元件的输出信号反相，就可以得到4个依次相位差为/2的信号，即在一个栅距内得到四个计数脉冲信号，实现所谓四倍频细分。在上述两个光电元件的基础上再增加两个光电元件，每两个光电元件间隔14条

20、纹间距，同样可实现四倍频细分。这种细分法的缺点是由于光电元件安放困难，细分数不可能高，但它对莫尔条纹信号的波形没有严格要求，电路简单，是一种常用的细分技术第第10章章 数字式传感器数字式传感器电桥细分电桥细分(Bridge subdivision)第第10章章 数字式传感器数字式传感器用电桥细分法可以达到较高的精度，细分数一般为1260，但对莫尔条纹信号的波形幅值，直流电平及原始信号Umsin与Umcos的正交性(Orthogonality)均有严格要求。而且电路较复杂，对电位器(Potentiometer)、过零比较器(Zero-crossing comparator)等元器件均有较高的要求

21、。第第10章章 数字式传感器数字式传感器如前所述，计量光栅测量位移最终是依靠数字转换(digital conversion)系统完成的，实质上是由计数器(counter)对莫尔条纹计数。使用中，为了克服断电时计数值无法保留，重新供电后，测量系统不能正常工作的弊病，可以用机械等方法设置绝对零位点(absolute zero)，但精度较低，安装使用均不方便。目前通常采用在光栅的测量范围内设置一个固定的绝对零位参考标志的方法零位光栅(zero grating)，它使光栅成为一个准绝对测量系统。第第10章章 数字式传感器数字式传感器10.3 编码器编码器编码器(Encoder)以其高精度。高分辨率和高

22、可靠性而被广泛用于各种位移测量。编 码 器 按 照 作 用 原 理 可 分 为：光 电 式(Photoelectric type)、接触式(Contact type)和电磁式(Electromagnetic type)。编码器按结构形式有直线式(Linear)编码器和旋转式(Revolving)编码器之分。由于旋转式光电编码器是用于角位移测量的最有效和最直接的数字式传感器，并已有各种系列产品可供选用，故本节着重讨论旋转式光电编码器。第三节第三节 编码器编码器第第10章章 数字式传感器数字式传感器旋转式编码器有两种增量编码器(Incremental Encoder)和绝对编码器(Absolute

23、 Encoder)增量编码器与前面讨论的数字式传感器有类似之处。它的输出是一系列脉冲，需要一个计数系统对脉冲进行累计计数。最简单的一种绝对编码器是接触式编码器 绝对编码器二进制输出的每一位都必须有一个独立的码道(Track)。一个编码器的码道数目决定了该编码器的分辨力(Resolution)。第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器 从编码(Encoding)技术上分析，造成错码(Wrong code)的原因是从一个码变为另一个码时存在着几位码需要同时改变。若每次只有一位码改变，就不会产生错码，例如格雷码Gray code（循环码Cyclical code）

24、。格雷码的两个相邻数的码变化只有一位码是不同的（见表101）。从格雷码到二进制码的转换可用硬件实现，也可用软件来完成。第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器旋转式旋转式(Revolving)(Revolving)光电编码器光电编码器接触式编码器(Contact Encoder)的实际应用受到电刷(Brush)的限制。目前应用最广的是利用光电转换原理构成的非接触式光电编码器(Contactless Photoelectric Encoder)。由于其精度高，可靠性好，性能稳定，体积小和使用方便，在自动测量和自动控制技术中得到了广泛的应用。目前大多数关节式工业

25、机器人(Joint Industrial Robot)都用它作为角度传感器。国内已有16位绝对编码器和每转10000脉冲数输出的小型增量编码器产品，并形成各种系列。1绝对编码器绝对编码器图图10-20 光电绝对编码器结构示意图光电绝对编码器结构示意图光电编码器的码盘(Code Disk)通常是一块光学玻璃，码盘与旋转轴相固联。玻璃上刻有透光(Nonopaque)和不透光(Opaque)的图形。编码器光源产生的光经光学系统形成一束平行光投射在码盘上，并与位于码盘另一面成径向排列的光敏元件相耦合。光学码盘通常用照相腐蚀法(Photoetching)制作。现已生产出径向线宽为6.7108 rad的码

26、盘，其精度高达1/108。图图10-21 10-21 具有分解器的具有分解器的1919位光电编码器位光电编码器该编码器的码盘具有14（位）内码道(Inner code track)和1条专用附加码道(additional code track)。后者的扇形区(Fan shaped sector)之形状和光学几何结构(Optical geometric structure)稍有改变，且与光学分解器的多个光敏元件相配合，编码器编码器其能产生接近于理想的正、余弦波输出；并通过平均电路进行处理，以消除码盘的机械误差，从而得到更为理想的正弦或余弦波。对应于14位中最低位码道的每一位，光敏元件将产生一个完

27、整的输出周期，如图10-22所示。图图10-22 10-22 附加码道光敏元件输出附加码道光敏元件输出插值器将输人的正弦信号和余弦信号接不同的系数加在一起，形成数个相移不同的正弦信号输出。各正弦波信号经过零比较器转换成一系列脉冲，从而细分了光敏元件的输出正弦波信号，于是就产生了附加的最低有效位。如图10-22所示的19位光电编码器的插值器产生16个正弦波形。每二个正弦信号之间的相位差为8，从而在14位二进制编码器的最低有效位间隔内产生32个精确等分点。这相当于附加了5位二进制数的输出，使编码器的分辨率从1/214提高到1/219，优于1/525，角位移小于3。第第10章章 数字式传感器数字式传

28、感器2.增量编码器(Incremental encoder)增量编码器，其码盘要比绝对编码器码盘简单得多，一般只需三条码道。这里的码道实际上已不具有绝对码盘码道的意义。第第10章章 数字式传感器数字式传感器与绝对编码器类似，增量编码器的精度主要取决于码盘本身的精度。用于光电绝对编码器的技术，大部分也适用于光电增量编码器。第第10章章 数字式传感器数字式传感器4.光电增量编码器的应用（1）典型产品应用介绍 图1024所示为LEC型 小型光电增量编码器的 外形图。每转输出脉冲 数为205000，最大允 许转速为5000rmin。第第10章章 数字式传感器数字式传感器（2）测量转速 增量编码器除直接

29、用于测量相对角位移外，常用来测量转轴的转速。最简单的方法就是在给定的时间间隔内对编码器的输出脉冲进行计数，它所测量的是平均转速。第第10章章 数字式传感器数字式传感器（3）测量线位移 在某些场合，用旋转式光电增量编码器来测量线位是一种有效的方法。这时，须利用一套机械装置把线位移(Linear displacement)转换成角位移(Angular displacement)。测量系统的精度将主要取决于机械装置的精度 第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器图1027（a）表示通过丝杆(Lead screw)将直线运动转换成旋转运动。例如用一每转1500脉冲数

30、的增量编码器和一导程为6mm的丝杆，可达到4m的分辨力。为了提高精度，可采用滚珠丝杆与双螺母消隙机构。图（b）是用齿轮齿条(Rack-and-Pinion)来实现直线旋转运动转换的一种方法。一般说，这种系统的精度较低。图（c）和（d）分别表示用皮带传动和摩擦传动来实现线位移与角位移之间变换的两种方法。该系统结构简单，特别适用于需要进行长距离位移测量及某些环境条件恶劣的场所。无论用哪一种方法来实现线位移角位移的转换，一般增量编码器的码盘都要旋转多圈。这时，编码器的零位基准已失去作用。为计数系统所必须的基准零位(benchmark zero)，可由附加的装置来提供。如用机械、光电等方法来实现。第第

31、10章章 数字式传感器数字式传感器测量电路测量电路实际中，目前都将光敏元件输出信号的放大整形等电路与传感检测元件封装在一起，所以只要加上计数与细分电路（统称测量电路）就可组成一个位移测量系统。从这点看，这也是编码器的一个突出优点。第第10章章 数字式传感器数字式传感器在前几节介绍的数字式传感器中，除了绝对编码器能将位移量直接转换成数字量外，其余几种都是将位移量转换成一系列计数脉冲，再由计数系统所计的脉冲个数来反映被测量的值。本节介绍的数字式传感器，其输出虽然也是一系列脉冲，但与被测量对应的是脉冲的频率。这种能把被测量转换成与之相对应且便于处理的频率输出的传感器，即为频率式传感器(Frequen

32、cy Transducer)。前述用增量编码器作转速测量时，其编码器的输出是与转速成正比的脉冲频率，这实际上就是一种频率式传感器。第四节第四节 频率式传感器频率式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器一、一、RCRC频率式传感器频率式传感器利用热敏电阻把温度变化转换成频率信号的方法是RC频率式传感器的一例。热敏电阻作为RC振荡器的一部分。基本电路如图1030所示。RC振荡器的振荡频率由下式决定第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器二、石英晶体二、石英晶体(Quartz Crystal)(Quartz Crystal)频率式传感器频率式传感器利用石英晶

33、体的谐振(Resonance)特性，可以组成石英晶体频率式传感器。石英晶体本身有其固有的振动频率，当强迫振动频率(Forced Vibration Frequency)与它的固有振动频率(Natural Vibration Frequency)相同时，就会产生谐振。如果石英晶体谐振器作为振荡器(Oscillator)或滤波器(Filter)时，往往要求它有较高的温度稳定性；而当石英晶体用作温度测量时，则要求它有大的频率温度系数,因此,它的切割方向（切型 cut）不同于用作振荡器或滤波器的石英晶体。第第10章章 数字式传感器数字式传感器 当温度在80250范围时，石英晶体的温度与频率的关系可表示

34、 为 （1018）式中 f0t0时的固有频率；a，b，c频率温度系数。第第10章章 数字式传感器数字式传感器 可以选择一特定切型的石英晶体，使得式（10-18）中的系数b和c趋于零。这样切型的晶体具有良好的线性频温系数，其非线性仅相当于103数量级的温度变化。晶体的固有谐振频率取决于晶体切片的面积和厚度。在石英晶体频率式温度传感器中，根据温度每变化1度振荡频率变化若干赫兹的要求，以及晶体的频温系数，可确定振荡电路的基频。第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器三、弹性振体三、弹性振体(Elastic vibrator)(Elastic vibrator)频率

35、式传感器频率式传感器管、弦、钟、鼓等乐器利用谐振原理而可奏乐，这早已为人们所熟知。而把振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振体的谐振特性成功地用于传感器技术，这却是近几十年的事。弹性振体频率式传感器就是应用振弦String、振筒Canister、振梁Beam和振膜Film等弹性振体的固有振动频率(Natural Vibration Frequency)（自振谐振频率）来测量有关参数的。只要被测量与其中某一物理参数有相应的变化关系，我们就可通过测量振弦、振筒、振梁和振膜等弹性振体固有振动频率来达到测量被测参数的目的。这种传感器的最大优点是性能十分稳定。第第10章章 数字式传感器数字式传感器 1 1振弦式

36、振弦式(Vibrating String)(Vibrating String)频率传感器频率传感器 传感器的敏感元件是一根被预先拉紧的金属丝弦1。它被置于激振器所产生的磁场里，两端均固定在传感器受力部件3的两个支架2上且平行于受力部件。当堂力部件3受到外载荷后，将产生微小的挠曲，致使支架2产生相对倾角，从而松弛或拉紧了振弦，振弦的内应力发生变化，使振弦的振动频率相应地变化。振弦的自振频率f0取决于它的长度l、材料密度和内应力，可用下式表示：第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器图 1033所示为某一振弦式传感器的输出输人特性。由图可知，为了得到线性的输出，

37、可在该曲线中选取近似直线的一段。当在1至2之间变化时，钢弦的振动频率为10002000Hz或更高一些，其非线性误差小于l。为了使传感器有一定的初始 频率，对钢弦要预加 一定的初始内应力0。第第10章章 数字式传感器数字式传感器第第10章章 数字式传感器数字式传感器图1035所示为差动振弦式力传感器。它在圆形弹性膜片7的上下两侧安装了两根长度相等的振弦1、5，它们被固定在支座2上，并在安装时加上一定的预紧力。在没有外力作用时，上、下两根振弦所受的张力相同，振动频率亦相同，两频率信号经混频器12混频后的差频信号为零。当有外力垂直作用于柱体4时，弹性膜片向下弯曲。上侧振弦5的张力减小，振动频率减低；下侧振弦1的张力增大，振动频率增高。混频器输出两振弦振动频率之差频信号，其频率随着作用力的增大而增高。第第10章章 数字式传感器数字式传感器图中两根振弦应相互垂直，这样可以使作用力不垂直时所产生的测量误差减小。因为侧向作用力在压力膜片四周所产生的应力近似是均匀的，上、下两根振弦所受的张力是相同的，根据差动工作原理，它们所产生的频率变化被互相抵消。因此，传感器对于侧向作用是不敏感的。在图10-35的基础上，还可利用高强度厚壁空心钢管作受力元件，把3根、6根或更多根振弦均等分布置于管壁的钻孔中，用特殊的夹紧机构把振弦张紧固定，构成多弦式力传感器。