振弦式感測器

振弦的固有振動頻率f與拉力T的關係為，式中l為振弦的長度，ρ為單位弦長的質量。振弦的材料與質量直接影響感測器的精度、靈敏度和穩定性。鎢絲的性能穩定、硬度、熔點和抗拉強度都很高，是常用的振弦材料。此外，還可用提琴弦、高強度鋼絲、鈦絲等作為振弦材料。振弦式感測器由振弦、磁鐵、夾緊裝置和受力機構組成。振弦一端固定、一端連接在受力機構上。利用不同的受力機構可做成測壓力、扭矩或加速度等的各種振弦式感測器。

早期的壓力感測器即採用振弦式。這種感測器的振弦一端固定，另一端連結在彈性感壓膜片上。弦的中部裝有一塊軟鐵，置於磁鐵和線圈構成的激勵器的磁場中(圖1)。激勵器在停止激勵時兼作拾振器，或單設拾振器。工作時，振弦在激勵器的激勵下振動，其振動頻率與膜片所受壓力的大小有關。拾振器則通過電磁感應獲取振動頻率 信號。振弦振動的激勵方式有間歇式和連續式兩種。在間歇激勵方式中，採用張弛振蕩器給出激勵脈衝，並通過一個繼電器使線圈通電、磁鐵吸住弦上的軟鐵塊。激勵脈衝停止后，磁鐵被鬆開，使振弦自由振動。此時在線圈中即產生感應電勢，其交變頻率即為振弦的固有振動頻率。連續激勵方式又可分為電流法和電磁法。電流法將振弦作為等效的LC迴路並聯于振盪電路中，使電路以振弦的固有頻率振蕩。電磁法採用兩個裝有線圈的磁鐵，分別作為激勵線圈和拾振線圈。拾振線圈的感應信號被放大后又送至激勵線圈去補充振動的能量。為減小感測器非線性對測量精度的影響，需要選擇適中的最佳工作頻段和設置預應力，或採用在感壓膜的兩側各設一根振弦的差動式結構。

振弦式轉矩感測器 這種感測器可用於測量發動機軸的扭矩。測量 時將整個裝置用兩個套筒卡在被測軸的兩個相鄰面上（圖2）。兩個振弦感測器分別跨接在兩個套筒的 4個凸柱上。當軸傳遞扭矩時，軸產生扭轉形變，軸的兩相鄰截面就扭轉一個角度，使裝在卡筒上的兩個振弦感測器中的一個受拉、一個受壓。根據虎克定律，在彈性變形範圍內，軸的扭轉角度是與外加的扭矩成正比的，振弦的伸縮變形也就與外加的扭矩成正比。而振弦的振動頻率的平方差與它所受應力成正比，因此可利用測量弦的振動頻率的方法來測量軸所承受的扭矩。