振弦傳感器的發(fā)展及信息化的核心技術(shù)-VM系列振弦采集模塊

振弦傳感器的歷史堪稱(chēng)古老，歷經(jīng)一百年仍經(jīng)久不衰，目前仍是各種傳感器的主流支撐技術(shù)。以下從一篇生動(dòng)的文章開(kāi)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(fā)明人阿明?沃斯（Armin Wirth）后代約翰內(nèi)斯（Johannes Wirth）發(fā)表于互聯(lián)網(wǎng)的。

我的祖父，阿明?沃斯，靠發(fā)明稱(chēng)重器而起家，這些機(jī)器、設(shè)備可以稱(chēng)重任何東西，從裝滿(mǎn)鋼水的勺子到飛機(jī)再到糖粉。但他對(duì)稱(chēng)重技術(shù)持久的貢獻(xiàn)是發(fā)明了振動(dòng)線(xiàn)傳感器（現(xiàn)在來(lái)看，已經(jīng)遠(yuǎn)不只是穩(wěn)重領(lǐng)域了）。

這個(gè)想法很簡(jiǎn)單：一根被拉緊的鋼線(xiàn)固定在兩個(gè)點(diǎn)之間，通過(guò)交流電使其振動(dòng)(在這張照片中，電線(xiàn)周?chē)拇盆F被移除，所以你可以看到電線(xiàn))。任何調(diào)過(guò)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(huà)說(shuō)，測(cè)量頻率就是間接的測(cè)量弦被拉緊的程度，這根鋼弦就是一個(gè)傳感器。

……

我的叔叔約翰內(nèi)斯?沃斯(Johannes Wirth)從我祖父手中接過(guò)了這個(gè)生意，最近我去蘇黎世拜訪(fǎng)他時(shí)，他給了我這個(gè)傳感器(我?guī)е?，包括三個(gè)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(lián)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(lái)測(cè)量應(yīng)變。但是由于其自身的缺點(diǎn)，如測(cè)量范圍窄、靈敏度低等，而未能大規(guī)模應(yīng)用于工程實(shí)踐中。而后由于技術(shù)的發(fā)展，不僅提高了其范圍與靈敏度，測(cè)量與傳輸距離也大幅提高。使得振弦式傳感器不僅用于應(yīng)變的測(cè)量，還可以用來(lái)測(cè)量液位、位移、扭矩等。雖然此時(shí)振弦式傳感器的各項(xiàng)性能已經(jīng)滿(mǎn)足工程測(cè)量的需求，但卻未能廣泛應(yīng)用。主要原因就是采集振弦傳感器信號(hào)的設(shè)備還未面世。

20世紀(jì)30年代，前蘇聯(lián)成功研究開(kāi)發(fā)出了采集振弦式傳感器信號(hào)的監(jiān)測(cè)設(shè)備。振弦式傳感器在工程測(cè)量中大規(guī)模應(yīng)用也正是源于監(jiān)測(cè)設(shè)備的成功開(kāi)發(fā)。振弦式傳感器由于可以長(zhǎng)期測(cè)量液位、壓力、滲流和位移等物理量，而成為大壩等水利設(shè)施上一種非常重要的傳感器。20世紀(jì)70年代后，隨著電子技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，振弦式傳感器的研究也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步?，F(xiàn)代生產(chǎn)的振弦式傳感器由于體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、分辨率高、精度高、便于數(shù)據(jù)傳輸、處理和存儲(chǔ)而成為工程監(jiān)測(cè)中一種較為先進(jìn)的傳感器。

振弦傳感器用量可以用巨大、海量來(lái)形容，長(zhǎng)期以來(lái)，這一技術(shù)被基康、ACE等公司掌握，造成傳感器的測(cè)量設(shè)備成本過(guò)高，并且目前沒(méi)有對(duì)應(yīng)的其它技術(shù)來(lái)替代。另一方面，近年來(lái)信息化的發(fā)展需求，但如此巨大用量的振弦傳感器卻受到少數(shù)國(guó)外公司的壟斷和成本問(wèn)題而無(wú)法在我國(guó)迅速實(shí)現(xiàn)信息化，本文要介紹的完全國(guó)產(chǎn)化的振弦傳感器解調(diào)核心部件，即是為解決這一問(wèn)題而由國(guó)內(nèi)一家科技公司研發(fā)并批量生產(chǎn)的激勵(lì)測(cè)讀模塊，解決了振弦傳感器由模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的問(wèn)題。

VM系列振弦傳感器讀數(shù)模塊可完成單通道或最多8通道振弦傳感器的線(xiàn)圈激勵(lì)、頻率讀數(shù)、溫度測(cè)量等工作，UART（TTL/RS232/RS485）和IIC數(shù)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(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)或者模塊信號(hào)（0~5V或4~20mA）工作。

經(jīng)過(guò)十多年的大力推進(jìn)，我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已基本完全覆蓋，自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)是伴隨我國(guó)信息化建設(shè)同步發(fā)展起來(lái)的一個(gè)領(lǐng)域，目前已基本實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有、從試點(diǎn)到推廣的變革，但在大量的工程應(yīng)用中，新的問(wèn)題也逐漸顯現(xiàn)，人們不再滿(mǎn)足于功能上的實(shí)現(xiàn)，而是對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的易用性、可靠性、低功耗等提出了更多要求，我們預(yù)計(jì)，未來(lái)兩到三年，安全監(jiān)測(cè)產(chǎn)品將發(fā)生從復(fù)雜到簡(jiǎn)單、從引進(jìn)到專(zhuān)業(yè)、從分體集成到一體的本質(zhì)性變化，安全監(jiān)測(cè)實(shí)施的主體也將由原來(lái)的專(zhuān)業(yè)化系統(tǒng)集成商轉(zhuǎn)換為終端用戶(hù)，應(yīng)用體量更大，安全監(jiān)測(cè)將正式步入產(chǎn)業(yè)化規(guī)模化發(fā)展道路。通過(guò)不斷研發(fā)生產(chǎn)的一系列服務(wù)于安全監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化設(shè)備、技術(shù)解決方案，正是為了滿(mǎn)足這種發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)需要。