随着电子信息技术和传感器技术的迅速发展，信号检测技术[1-5]已得到了广泛的应用，但同时对现场信号实时动态的检测也提出了更高的要求，尤其在一些极端条件下信号的检测已成为科学研究的重要手段，这就要求能设计更准确、更高效的实时测量系统来完成对被测对象物理量进行实时动态检测[6-7]和测量。本文以ZY13Sens12SB传感器技术实验台为平台，以振动梁为测试对象，利用振动梁上的应变传感器实时检测振动梁的振动过程。给出了系统硬件设计原理框图和各模块之间的接口连接，通过调节实验台上音频振荡器的频率，达到调制和改变振动梁的振动频率。该系统可实现振动梁以不同频率和幅度振动,利用RIGOL系列示波器可实时观察振动波形。

1 振动梁信号自动检测系统硬件平台设计
    振动梁信号的自动检测硬件平台主要由ZY13Sens12SB传感器技术实验主控台、振动梁、应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器[8-9]等6部分组成。振动梁在音频信号的调制下在竖直方向不断往返振荡，导致振动梁应变片发生形变，应变传感器将该变化转换成电阻值的变化，通过全桥转换电路将电阻值的变化转换成电压，该电压经放大电路进行放大后，通过反相比例电路输出到RIGOL系列示波器。同时音频振荡信号经移相器移相后，在相敏检波器对放大电路放大后的信号进行检波，再经过低通滤波器将波形输出显示。系统原理框图如图1所示。

1.1  应变传感器转换电路
    在电阻应变式传感器中，应变计是敏感元件，它将应变量转换成电阻的相应变化，本系统中利用全电桥电路将电阻的变化转换成电压后，再由测量电路进行测量，其基本形式如图2、图3所示。

1.3 相敏检波电路
    相敏检波电路具有鉴别调制信号相位和频率的能力，判别被测量变化的方向，从而提高测控系统抗干扰能力。从电路结构上看，相敏检波电路除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号，有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率，参考信号应与所需解调的调幅信号具有同样的频率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件，相敏检波器是用来将高幅波还原成原来的信号波形，即起解调的作用，本系统中相敏检波器电路原理图如图5所示。

1.4 移相器
    线性时不变网络在正弦信号激励下，其响应电压、电流是与激励信号同频率的正弦量，响应与频率的关系可用向量形式的网络函数来表示。在具体测量中，往往需要在某确定频率正弦激励信号作用下，获得具有一定幅值、输出电压相对于输入电压的相位差在一定范围内连续可调的响应（输出）信号。这可通过调节电路元件参数来实现，通常采用RC移相网络来实现该功能。若希望得到输出电压的有效值与输入电压有效值相等，而相对输入电压又有一定相位差的输出电压时， 通常采用图6(a)所示X型RC移相电路，为了便于分析，将原电路改画成图6(b)所示等效电路。
2 测量结果与讨论
    表1是音频振荡器输出频率改变时振动梁振幅相应的变化情况。从表1可看出，当音频振荡器输出频率从2 Hz增加到28 Hz的过程中，振动梁振幅先增大后减小，在音频振荡器输出频率f=8 Hz时，振动梁振幅达到最大值Vo(P-P)=0.86 V。

      图7(a)、(b)、(c)分别为音频振荡器输出频率等于2 Hz、8 Hz、24 Hz时通过RIGOL系列示波器观察到振动梁振动波形。通过波形图也可清楚看到，当音频振荡器输出频率f=8 Hz时，振动梁振幅最大，该频率也是振动梁的自振频率。这表明当音频振荡器输出频率接近（等于）振动梁的自振动频率时，振动梁振动波形振幅最大；当音频振荡器输出频率远离振动梁的自振动频率时，振动梁相应的振动波形振幅较小。

    以ZY13Sens12SB传感器技术实验台为平台，设计了振动梁信号自动检测系统。通过设计各模块部分接口电路，调节音频振荡器的输出频率，记录了振动梁的振动规律，同时利用示波器观察振动波形幅值的变化规律。结果表明，振动梁的振动直接依赖于音频振荡器的输出频率，通过改变音频振荡器的输出频率可实现振动梁以不同频率和幅度振动，达到了检测振动梁自振频率测量的目的。对于检测和处理过程中存在一些信号失真的问题，有待于进一步改进和优化电路，克服噪声干扰。该系统对桥梁等振动检测具有借鉴作用。
参考文献
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