振弦传感器及核心VM系列振弦采集模块

振弦传感器的历史堪称古老，历经一百年仍经久不衰，目前仍是各种传感器的主流支撑技术。以下从一篇生动的文章开始介绍振弦传感器的前世今生，这篇文章是是振弦传感器发明人阿明•沃斯（Armin Wirth）后代约翰内斯（Johannes Wirth）发表于互联网的。

 

我的祖父，阿明•沃斯，靠发明称重器而起家，这些机器、设备可以称重任何东西，从装满钢水的勺子到飞机再到糖粉。但他对称重技术持久的贡献是发明了振动线传感器（现在来看，已经远不只是稳重领域了）。

这个想法很简单：一根被拉紧的钢线固定在两个点之间，通过交流电使其振动(在这张照片中，电线周围的磁铁被移除，所以你可以看到电线)。任何调过吉他音的人都知道，一根被拉紧的琴丝的共振频率取决于它被拉得有多紧。换句话说，测量频率就是间接的测量弦被拉紧的程度，这根钢弦就是一个传感器。

 

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我的叔叔约翰内斯•沃斯(Johannes Wirth)从我祖父手中接过了这个生意，最近我去苏黎世拜访他时，他给了我这个传感器(我带着全家，包括三个小孩，去伦敦和瑞士度假两周，但那是另一回事了)。

1919年，谢弗和麦哈克公司联合研制了世界上首款振弦式传感器。虽然这款传感器能够用来测量应变。但是由于其自身的缺点，如测量范围窄、灵敏度低等，而未能大规模应用于工程实践中。而后由于技术的发展，不仅提高了其范围与灵敏度，测量与传输距离也大幅提高。使得振弦式传感器不仅用于应变的测量，还可以用来测量液位、位移、扭矩等。虽然此时振弦式传感器的各项性能已经满足工程测量的需求，但却未能广泛应用。主要原因就是采集振弦传感器信号的设备还未面世。

20世纪30年代，前苏联成功研究开发出了采集振弦式传感器信号的监测设备。振弦式传感器在工程测量中大规模应用也正是源于监测设备的成功开发。振弦式传感器由于可以长期测量液位、压力、渗流和位移等物理量，而成为大坝等水利设施上一种非常重要的传感器。20世纪70年代后，随着电子技术、测试技术、计算机技术和半导体集成电路技术的飞速发展，振弦式传感器的研究也获得了长足的进步。现代生产的振弦式传感器由于体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高、便于数据传输、处理和存储而成为工程监测中一种较为先进的传感器。

振弦传感器用量可以用巨大、海量来形容，长期以来，这一技术被基康、ACE等公司掌握，造成传感器的测量设备成本过高，并且目前没有对应的其它技术来替代。另一方面，近年来信息化的发展需求，但如此巨大用量的振弦传感器却受到少数国外公司的垄断和成本问题而无法在我国迅速实现信息化，本文要介绍的完全国产化的振弦传感器解调核心部件，即是为解决这一问题而由国内一家科技公司研发并批量生产的激励测读模块，解决了振弦传感器由模拟信号直接转变为数字信号的问题。

 

VM系列振弦传感器读数模块可完成单通道或最多8通道振弦传感器的线圈激励、频率读数、温度测量等工作，UART（TTL/RS232/RS485）和IIC数字接口、模拟量电压电流输出接口，可完成振弦传感器频率和温度信号转换为标准数字信号或者模块信号（0~5V或4~20mA）工作。

经过十多年的大力推进，我国的网络基础设施已基本完全覆盖，自动化安全监测是伴随我国信息化建设同步发展起来的一个领域，目前已基本实现了从无到有、从试点到推广的变革，但在大量的工程应用中，新的问题也逐渐显现，人们不再满足于功能上的实现，而是对监测系统的易用性、可靠性、低功耗等提出了更多要求，我们预计，未来两到三年，安全监测产品将发生从复杂到简单、从引进到专业、从分体集成到一体的本质性变化，安全监测实施的主体也将由原来的专业化系统集成商转换为终端用户，应用体量更大，安全监测将正式步入产业化规模化发展道路。通过不断研发生产的一系列服务于安全监测的自动化设备、技术解决方案，正是为了满足这种发展趋势和市场需要。

基本概念
振弦传感器：（vibrating wire sensor）是以拉紧的金属钢弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征钢弦所受拉力的大小。根据这一特性原理，即可通过一定的物理（机械）结构制作出测量不同种 类物理量的传感器（如：应变传感器、压力传感器、位移传感器等），从而实现被测物理量与频率值之间的一一对应关系，通过测量频率值变化量来计算出被测物理量 的改变量。 

振弦传感器采集读数模块：指针对振弦传感器的特性而设计的传感器激励、读数模块。具有集成度高、功能模块化、数字接口的一系列特性，能完成振弦 传感器的激励、信号检测、数据处理、质量评估等专用针对性功能，进行传感器频 率和温度物理量模数转换，进而通过数字接口实现数据交互。振弦传感器读数模块 是振弦传感器与数字化、信息化之间的核心转换单元。