1. 研究目的与意义
振弦式传感器是岩土工程中埋于大坝和建筑物能长期给出可靠数据的一种传感器。它结构简单、长期稳定性好、精度和分辨力高，输出为频率信号，可以与微机直接接口，便于远距离传输，特别适用于远程监测。在大坝安全监测自动化系统中，振弦式传感器测量单元有着广泛的应用，能够测量振弦式仪器的频率和温度这两个参数，并对测量数据进行存储等。
振弦式传感器是基于振弦振动频率随钢丝张力变化而工作的，具有结构简单，坚固耐用，稳定性好，抗干扰能力强，精度和分辨力高，对电缆要求低等特点，输出的是频率信号，有利于远距离传输和测量，可方便地与计算机接口。在许多领域得到了广泛的应用。
本文的研究意义就是STCIAP15F2K61S2的振弦式传感器测量单元，并搭建一个简单可靠的系统，提高振弦传感器测量精度，为振弦传感器在工程中更好的应用做一些预研，解决一些实际问题，并能将多门学科交叉应用于工程实际中。
2. 课题关键问题和重难点
1、振弦式传感器原理的学习与研究。
图书馆查询资料、网上搜寻资料及老师咨询等方式进行原理的学习和研究，对振弦式传感器原理进行透彻的学习和分析，对其种类、功能、性能有个深入的了解与学习。然后通过对原理的理解，确定系统的各部分构成。
2、系统各部分器件的选型及确定。
3. 国内外研究现状（文献综述）
振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。钢弦式传感器具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、测值可靠、精度与分辨力高和稳定性好等优点；其输出为频率信号，便于远距离传输，可以直接与微机接口，广泛应用于岩土工程测试中。
1.振弦式传感器的工作原理
振弦式传感器由定位支座、线圈、振弦及封装组成。振弦式传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦，如图1所示。
振弦的振动频率可由以下公式确定：
其中S为振弦的横截面积，ρv为弦的体密度(ρv=ρ/s)，△l为振弦受张力后的长度增量，E为振弦的弹性模量，σ为振弦所受的应力。
当振弦式传感器确定以后，其振弦的质量m，工作段(即两固定点之间)的长度L，弦的横截面积S，体密度ρv及弹性模量E随之确定，所以，由于待测物理量的作用使得弦长有所变化，而弦长的变化可改变弦的固有振动频率，由于弦长的增量△l与振弦的最长驻波波长的固有频率存在确定的关系，因此只要能测得弦的振动频率就可以测得待测物理量。
2.振弦传感器的类型
振弦式传感器按照封装线圈数目的不同，有单线圈和双线圈两种类型。
单线圈振弦传感器的结构原理如图2所示。
单线圈振弦传感器中只有一个线圈，靠近钢弦且在钢弦的正中部，这种方式是一种间歇激振方式。激振放大电路给线圈通一个脉冲激发电压，线圈产生磁力吸引钢弦;当撤去激发电压时，线圈放开钢弦，钢弦自由振动并在线圈中产生感应电动势。为了克服阻尼对振弦的衰减，必须间隔一定时间激励一次。
图2单线圈振弦传感器结构原理图
双线圈振弦传感器的结构原理图如图3示，这种传感器具有两个线圈，是一种连续激振方式。一个线圈是作为激振钢弦的激发线圈，另一个是产生感应电动势的感应线圈。当振弦被激励后，接受线圈产生感应电动势，经放大后正反馈给激励线圈，以维持振弦的连续振荡。
图3线圈振弦传感器结构原理图
通过分析比较和实际情况，本文选用优势明显的单线圈振弦传感器。单线圈振弦传感器只含有一个线圈，钢弦长度最短可以做到1Omm，体积小，结构简单，适合多点检测，双线圈传感器因为需要两个线圈，弦长最短只能达到5Omm，不利于振弦传感器的小型化。单线圈传感器的激振和产生感应电动势都由一个线圈完成，这两个过程分时进行，互不影响，双线圈由于存在两个线圈，容易互相影响产生干扰;双线圈型传感器易产生倍频干扰，单线圈型传感器放在钢弦的中部，有利于在基频起振，没有倍频干扰。对于各种弦长，不同线圈的单线圈型传感器，其激发电路具有通用性，只要差分放大电路增益足够高，即可以获得稳定的基频振动，振动频率与连接电缆长短基本无关。另外，单线圈型传感器只需要引出两根电缆线，而双线圈要四根，这样就大大降低了传感器的成本，在进行需要大量传感器的多点检测时，将会大大减少总体费用。由此可见，单线圈振弦式传感器克服了双线圈振弦式传感器的缺点，利用它来测量压力是比较理想的。
3.测频系统设计基本原理
振弦式传感器工作时，由激振电路驱动电磁线圈，当信号的频率和振弦的固有频率接近时，振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动势通过检测电路滤波，放大，整形送给单片机，单片机根据接收的信号，通过软件方式反馈给激振电路驱动电磁线圈。通过反馈，弦能在电磁线圈产生的变化磁场驱动下在本振频率点振动。当激振信号撤去后，弦由于惯性作用仍在振动。单片机通过测量感应电动势脉冲周期，即可得到弦的振动频率，最后，将所测数据显示出来。
4.系统器件的选择
主控方案选择
方案一：采用可编程逻辑器件（PLD）实现。PLD工作速度较快且稳定，并可以在系统编程，能够很方便地实现控制的随时修改。但价格较贵，实现较为复杂，不适于本设计。
方案二：采用单片机来实现。单片机体积小、价格便宜、功能齐全。而软件编程灵活、还可通过软件编程实现其它附加功能。故在本设计中控制电路模块选用此方案。
温度检测传感器选择
方案一：用热电偶采集温度。热电偶利用热电势原理进行温度测量的。其测量精度高、测量范围广。常用的热电偶从-50℃ 1600℃均可正常测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），最高可达 2800℃（如钨-铼）。但热电偶测量需要温度补偿。而且输出量为电压，需要经过测量放大器、AD转换后才能送入微处理器处理。
方案二：采用数字式温度传感器DS18B20，DS18B20采用独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。在使用中不需要任何外围元件，测温范围－55℃～＋125℃，最小分辨率达0.0625℃。
DS18B20是单总线结构，直接数字量输出，接口只需三根导线，电路简单。热敏电阻线性度不理想，而且需要恒流源伺服电路，模拟量数据处理复杂；加上补偿电路，还需要AD转换器。考虑到传感器的防水功能，此次设计采用了带金属壳的DS18B20传感器。
4. 研究方案
系统由单片机作为控制核心，单片机进行系统的数据采集，然后在液晶上显示当前的温度和频率值，晶振和复位电路保证系统的正常工作，调试电路为485电路，既可以进行系统的调试又可以进行远程485通讯，电源电路为系统进行供电。
5. 工作计划
第1周：基本资料查阅、相关资料阅读学习；
第2周：需求分析，确定设计方案，学习振弦式传感器测量方法；资料译文提交；
第3周：学习大坝安全监测自动化数据采集单元的基本功能；开题报告提交；
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
