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振弦傳感器信息化核心技術-VM系列振弦測量模塊

發布于2019-11-11 10:35????文章來源:未知

振弦傳感器的歷史堪稱古老,歷經一百年仍經久不衰,目前仍是各種傳感器的主流支撐技術。以下從一篇生動的文章開始介紹振弦傳感器的前世今生,這篇文章是是振弦傳感器發明人阿明•沃斯(Armin Wirth)后代約翰內斯(Johannes Wirth)發表于互聯網的。
我的祖父,阿明•沃斯,靠發明稱重器而起家,這些機器、設備可以稱重任何東西,從裝滿鋼水的勺子到飛機再到糖粉。但他對稱重技術持久的貢獻是發明了振動線傳感器(現在來看,已經遠不只是穩重領域了)。
 
這個想法很簡單:一根被拉緊的鋼線固定在兩個點之間,通過交流電使其振動(在這張照片中,電線周圍的磁鐵被移除,所以你可以看到電線)。任何調過吉他音的人都知道,一根被拉緊的琴絲的共振頻率取決于它被拉得有多緊。換句話說,測量頻率就是間接的測量弦被拉緊的程度,這根鋼弦就是一個傳感器。
……
我的叔叔約翰內斯•沃斯(Johannes Wirth)從我祖父手中接過了這個生意,最近我去蘇黎世拜訪他時,他給了我這個傳感器(我帶著全家,包括三個小孩,去倫敦和瑞士度假兩周,但那是另一回事了)。

1919年,謝弗和麥哈克公司聯合研制了世界上首款振弦式傳感器。雖然這款傳感器能夠用來測量應變。但是由于其自身的缺點,如測量范圍窄、靈敏度低等,而未能大規模應用于工程實踐中。而后由于技術的發展,不僅提高了其范圍與靈敏度,測量與傳輸距離也大幅提高。使得振弦式傳感器不僅用于應變的測量,還可以用來測量液位、位移、扭矩等。雖然此時振弦式傳感器的各項性能已經滿足工程測量的需求,但卻未能廣泛應用。主要原因就是采集振弦傳感器信號的設備還未面世。
 
20世紀30年代,前蘇聯成功研究開發出了采集振弦式傳感器信號的監測設備。振弦式傳感器在工程測量中大規模應用也正是源于監測設備的成功開發。振弦式傳感器由于可以長期測量液位、壓力、滲流和位移等物理量,而成為大壩等水利設施上一種非常重要的傳感器。20世紀70年代后,隨著電子技術、測試技術、計算機技術和半導體集成電路技術的飛速發展,振弦式傳感器的研究也獲得了長足的進步。現代生產的振弦式傳感器由于體積小、重量輕、結構緊湊、分辨率高、精度高、便于數據傳輸、處理和存儲而成為工程監測中一種較為先進的傳感器。
 
振弦傳感器用量可以用巨大、海量來形容,長期以來,這一技術被基康、ACE等公司掌握,造成傳感器的測量設備成本過高,并且目前沒有對應的其它技術來替代。另一方面,近年來信息化的發展需求,但如此巨大用量的振弦傳感器卻受到少數國外公司的壟斷和成本問題而無法在我國迅速實現信息化,本文要介紹的完全國產化的振弦傳感器解調核心部件,即是為解決這一問題而由國內一家科技公司研發并批量生產的激勵測讀模塊,解決了振弦傳感器由模擬信號直接轉變為數字信號的問題。
VM系列振弦傳感器讀數模塊可完成單通道或最多8通道振弦傳感器的線圈激勵、頻率讀數、溫度測量等工作,UART(TTL/RS232/RS485)和IIC數字接口、模擬量電壓電流輸出接口,可完成振弦傳感器頻率和溫度信號轉換為標準數字信號或者模塊信號(0~5V或4~20mA)工作。
 
經過十多年的大力推進,我國的網絡基礎設施已基本完全覆蓋,自動化安全監測是伴隨我國信息化建設同步發展起來的一個領域,目前已基本實現了從無到有、從試點到推廣的變革,但在大量的工程應用中,新的問題也逐漸顯現,人們不再滿足于功能上的實現,而是對監測系統的易用性、可靠性、低功耗等提出了更多要求,我們預計,未來兩到三年,安全監測產品將發生從復雜到簡單、從引進到專業、從分體集成到一體的本質性變化,安全監測實施的主體也將由原來的專業化系統集成商轉換為終端用戶,應用體量更大,安全監測將正式步入產業化規模化發展道路。通過不斷研發生產的一系列服務于安全監測的自動化設備、技術解決方案,正是為了滿足這種發展趨勢和市場需要。