隨著電子信息技術和傳感器技術的迅速發展，信號檢測技術[1-5]已得到了廣泛的應用，但同時對現場信號實時動態的檢測也提出了更高的要求，尤其在一些極端條件下信號的檢測已成為科學研究的重要手段，這就要求能設計更準確、更高效的實時測量系統來完成對被測對象物理量進行實時動態檢測[6-7]和測量。本文以ZY13Sens12SB傳感器技術實驗臺為平臺，以振動梁為測試對象，利用振動梁上的應變傳感器實時檢測振動梁的振動過程。給出了系統硬件設計原理框圖和各模塊之間的接口連接，通過調節實驗臺上音頻振蕩器的頻率，達到調制和改變振動梁的振動頻率。該系統可實現振動梁以不同頻率和幅度振動,利用RIGOL系列示波器可實時觀察振動波形。

1 振動梁信號自動檢測系統硬件平臺設計
    振動梁信號的自動檢測硬件平臺主要由ZY13Sens12SB傳感器技術實驗主控臺、振動梁、應變傳感器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器[8-9]等6部分組成。振動梁在音頻信號的調制下在豎直方向不斷往返振蕩，導致振動梁應變片發生形變，應變傳感器將該變化轉換成電阻值的變化，通過全橋轉換電路將電阻值的變化轉換成電壓，該電壓經放大電路進行放大后，通過反相比例電路輸出到RIGOL系列示波器。同時音頻振蕩信號經移相器移相后，在相敏檢波器對放大電路放大后的信號進行檢波，再經過低通濾波器將波形輸出顯示。系統原理框圖如圖1所示。

1.1  應變傳感器轉換電路
    在電阻應變式傳感器中，應變計是敏感元件，它將應變量轉換成電阻的相應變化，本系統中利用全電橋電路將電阻的變化轉換成電壓后，再由測量電路進行測量，其基本形式如圖2、圖3所示。

1.3 相敏檢波電路
    相敏檢波電路具有鑒別調制信號相位和頻率的能力，判別被測量變化的方向，從而提高測控系統抗干擾能力。從電路結構上看，相敏檢波電路除了所需解調的調幅信號外，還要輸入一個參考信號，有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率，參考信號應與所需解調的調幅信號具有同樣的頻率，采用載波信號作參考信號就能滿足這一條件，相敏檢波器是用來將高幅波還原成原來的信號波形，即起解調的作用，本系統中相敏檢波器電路原理圖如圖5所示。

1.4 移相器
    線性時不變網絡在正弦信號激勵下，其響應電壓、電流是與激勵信號同頻率的正弦量，響應與頻率的關系可用向量形式的網絡函數來表示。在具體測量中，往往需要在某確定頻率正弦激勵信號作用下，獲得具有一定幅值、輸出電壓相對于輸入電壓的相位差在一定范圍內連續可調的響應（輸出）信號。這可通過調節電路元件參數來實現，通常采用RC移相網絡來實現該功能。若希望得到輸出電壓的有效值與輸入電壓有效值相等，而相對輸入電壓又有一定相位差的輸出電壓時， 通常采用圖6(a)所示X型RC移相電路，為了便于分析，將原電路改畫成圖6(b)所示等效電路。
2 測量結果與討論
    表1是音頻振蕩器輸出頻率改變時振動梁振幅相應的變化情況。從表1可看出，當音頻振蕩器輸出頻率從2 Hz增加到28 Hz的過程中，振動梁振幅先增大后減小，在音頻振蕩器輸出頻率f=8 Hz時，振動梁振幅達到最大值Vo(P-P)=0.86 V。

      圖7(a)、(b)、(c)分別為音頻振蕩器輸出頻率等于2 Hz、8 Hz、24 Hz時通過RIGOL系列示波器觀察到振動梁振動波形。通過波形圖也可清楚看到，當音頻振蕩器輸出頻率f=8 Hz時，振動梁振幅最大，該頻率也是振動梁的自振頻率。這表明當音頻振蕩器輸出頻率接近（等于）振動梁的自振動頻率時，振動梁振動波形振幅最大；當音頻振蕩器輸出頻率遠離振動梁的自振動頻率時，振動梁相應的振動波形振幅較小。

    以ZY13Sens12SB傳感器技術實驗臺為平臺，設計了振動梁信號自動檢測系統。通過設計各模塊部分接口電路，調節音頻振蕩器的輸出頻率，記錄了振動梁的振動規律，同時利用示波器觀察振動波形幅值的變化規律。結果表明，振動梁的振動直接依賴于音頻振蕩器的輸出頻率，通過改變音頻振蕩器的輸出頻率可實現振動梁以不同頻率和幅度振動，達到了檢測振動梁自振頻率測量的目的。對于檢測和處理過程中存在一些信號失真的問題，有待于進一步改進和優化電路，克服噪聲干擾。該系統對橋梁等振動檢測具有借鑒作用。
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