钢弦式传感器 钢弦式传感器

钢弦式传感器

钢弦式传感器利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系测得所需监测的物理量。钢弦式传感器的优点是钢弦频率信号的传输不受导线电阻的影响，测量距离比较远，仪器灵敏度高，稳定性好，容易实现监测自动化。

钢弦式传感器由受力弹性外壳（或膜片）、钢弦、紧固夹头、激振线圈、振荡器和接收线圈等组成。钢弦常用高弹性弹簧钢、马氏不锈钢或钨钢制成，它与传感器受力部件连接固定。它结构简单可靠，传感器的设计、制造、安装和调试都非常方便，而且在钢弦经过热处理之后其蠕变极小，零点稳定。钢弦式传感器所测定的参数主要是钢弦的自振频率，常用钢弦频率计测定，也可用周期测定仪测周期，两者互为倒数。

连续激振型钢弦式传感器结构图

钢弦式仪器是根据钢弦张紧力与谐振频率成单值函数关系设计而成。由于钢弦的自振频率取决于它的长度、钢弦材料的密度和钢弦所受的内应力，其关系式为：

式中f—钢弦自振频率，Hz；F—钢弦所受的张力；m—钢弦质量；l—钢弦有效长度，指钢弦初始夹紧后的长度，m；σ—钢弦的应力，Pa；E—钢弦的弹性模量；Δl—钢弦受力长度伸长量，ρ—钢弦材料密度，kg/m2。

从公式可以看出，当传感器制造成功之后所用的材料和钢弦的有效长度均为不变量。钢弦的自振频率仅与钢弦所受的张力有关，因此，张力可用频率f的关系式来表示，即：

式中：F—张力、位移或压力，取决于所监测的物理量，N、mm或Pa等；K—传感器灵敏系数；fx—张力变化后的钢弦自振频率，Hz；f0—钢弦初始自振频率，Hz；A—修正常数，在实际应用中可设A=0。

从公式可以看出：频率平方与张力一次函数为线性方程。根据仪器结构不同，张力F可以转换为位移、压力、压强、应力、应变等各种物理量。但不同的传感器中钢弦的长度、材料的线性度很难加工得完全一样。因此，修正系数相对每只传感器也都不尽相同，为资料整理时的起始值造成不一致，通常设A=0，使一个工程中的多只传感器起点一致，以方便计算中的数据处理。

钢弦式传感器的激振一般由一个电磁线圈（通常称磁芯）来完成。通过将各类物理量转换为拉（或压）力作用在钢弦上，改变钢弦所受的张力，在磁芯的激发下，使钢弦的自振频率随张力变化而变化。通过测出钢弦自振频率的变化，通过公式即可换算成相应的物理量。

钢弦传感器的激振方式不同，所需电缆的芯数也不同。有单线圈间歇激振型传感器、三线制双线圈钢弦式传感器和二线制双线圈钢弦传感器等，上述三种激振方式也代表了钢弦式传感器的发展过程。

单线圈间歇激振型传感器激振和接受共用一组线圈，结构简单，但由于线圈内阻不可能很大，一般是几十欧姆到几百欧姆，因此传输距离受到一定限制，抗干扰能力比较差，传输电缆要求使用截面较大的屏蔽电缆。

三线制双线圈钢弦式传感器的示意图。它由两个线圈组成，一个线圈为激振线圈，另外一个线圈为接收线圈。当钢弦激振后，由接收线圈将频率传送到二次仪表中，经放大处理，将一部分信号反馈到激发线圈中，使激发频率与接收频率相等，使钢弦处于谐振状态，另一部分信号送到整形、计数、显示电路，测出钢弦振动频率。三线制双线圈钢弦式传感器的性能比单线圈有了很大的改善，但同样存在线圈内阻小，对电缆要求较高的缺点。该类传感器常用三芯或双芯屏蔽电缆。

二线制双线圈钢弦传感器采用了现代电子技术，内阻提高，传输损耗小，传输距离较远，抗干扰增强，因此对电缆要求比较低，一般采用二芯不屏蔽电缆即可。

由于传感器零件的金属材料膨胀系数的不同，造成了温度误差。为了减小这一误差，在零件材料选择上，除尽量考虑达到传感器机械结构自身的热平衡外，还从结构设计和装配技术上不断调整零件的几何尺寸和相对固定位置，以取得最佳的温度补偿结果。实践结果表明，传感器在-10～55℃温度范围内使用时，温度附加误差仅有1.5Hz/10℃。尽管如此，为了得到精确的结果，钢弦式传感器的温度补偿十分必要。通常温度补偿方法有两种：一种方法是利用电磁线圈铜导线的电阻值随温度变化的特性进行温度测量；另一种方法是在传感器内设置可兼测温度的元件。用当前温度测值与初始温度测值之间的温差乘相应的温度修正系数后，可得到相应监测量的修正值。

这是对钢弦传感器的简要介绍，希望对你有所帮助。

揭秘工程安全背后的黑科技：钢弦式传感器如何守护建筑安全

　　在我们周围，高楼大厦、大桥巨坝等建筑屹立不倒，背后离不开一项黑科技——钢弦式传感器。这种传感器以其独特的优势，为工程安全保驾护航。今天，就让我们一起揭开钢弦式传感器的神秘面纱，看看它是如何守护我们的建筑安全的!

　　一、钢筋混凝土中的“眼睛”：钢筋计

　　在钢筋混凝土结构中，钢筋的应力变化直接影响着建筑的安全性。为了实时监测这些变化，工程师们引入了钢筋计，又称钢筋应力计。工程师们只需根据被测钢筋的直径，选择适合的钢筋应力计，然后将其两端对接并焊接在相应的钢筋上，最后埋入混凝土中。无论钢筋混凝土内部是否存在裂缝，钢筋计都能精准地测得钢筋一段长度的平均应变，从而确定钢筋所受的应力。

　　二、振弦式钢筋计：独特魅力

　　在众多传感器中，振弦式传感器凭借其结构简单、精度高、抗干扰能力强以及对电缆要求低等独特优势，成为工程界的明星产品。它是由应力传感器、钢套(标准件)、振弦、激振电磁线圈和引出电缆等组成。利用钢弦的振动频率将物理量变为电量，再通过二次测量仪表(读数仪、数据采集设备)将频率的变化反映出来，从而实现对结构应力和应变的实时监测。其温度漂移极小，适合在大体积混凝土中使用，用线圈电阻或加装测温元件，即可测得温度。

　　三、振弦式钢筋计：工作原理揭秘

　　钢弦式传感器的工作原理十分巧妙。当被测结构物内部的钢筋发生应力变化时，钢筋计将受到拉伸或压缩，钢套同步产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经观测电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内钢筋所受的应力。

　　四、振弦式传感器的优势与突破

　　自20世纪30年代发明以来，振弦式传感器就凭借其结构简单、精度高、抗干扰能力强以及对电缆要求低等优点，受到工程界的广泛关注。虽然其长期稳定性曾一度引发争议，但随着现代电子读数仪技术、材料及生产工艺的发展，振弦式传感器技术终于在20世纪70年代得到完善。

　　振弦式传感器具有稳定性、耐久性好的特点以及输出为频率而非电压，这使得它可以通过长电缆传输，不受导线电阻、浸水、温度波动等因素的影响。满足了工程应用的需求，在工程实践中得到了广泛应用。此外，我们峟思生产的振弦式传感器还具有测温功能，考虑了温度补偿，进一步提高了测量精度。

　　五、结语

　　在现代工程中，钢弦式传感器以其独特的优势，为工程安全提供了有力保障。它就像是建筑中的“眼睛”，时刻关注着结构的健康状况，为工程师们提供准确的数据支持。在未来，随着科技的不断发展，振弦式传感器将在更多领域发挥重要作用，守护我们的建筑安全。让这一黑科技为我们的生活带来更多惊喜与便利!

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