磁致伸缩冻雨传感器驱动检测系统设计与实验

哈尔滨工程 大学研 制 了一种基 于磁 致伸 缩原 理 的结 冰传 感器 。振动体采用管状 ，激振电路为振 管提供交 变磁 场 ，振 管在 磁场 的作用下产 生轴 向振动 ，同时信号拾 取 电路将 机械振 动信 号转变 为电信 号反馈给激振 电路 。使 电路 谐振 于振管 的轴 向振 动谐振频率 上 ４］。当振管表面出现冰层 时 ．其 轴 向振 动谐振频 率会产 生偏 移 ，电路 的谐 振 频率也 产生 偏移 ，通 过检 测轴 向振 动谐振频率偏 移量 ，即可确 定结 冰状 态 ］。然 而该传感 器采用 的驱动 线圈和信号拾取线 圈为 同一个线 圈 。需 要用复杂 的锁相 环 跟踪 技术确保谐振 电路 的精度 ＿６］。
（１．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｆｉｅｌｄ ａｎｄ Ｅｌｅ ｃｔｒｉｃａｌ Ａｐｐａｒａｔｕｓ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００１３０，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ Ｕｎ ｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００４０１，Ｃｈｉｎａ）
给群众 生产 、生 活造成 极大 困难 ．尤 其对 交通安 全 和 电力 通讯 线圈 电动势输 出与驱 动线 圈输 入之 间 的关 系 ．设计 了 由电源 、
的损害更为重大 ｌ２］．因此冻雨监测是地面气 象业务 观测 中重要 的组成部分 。国际上 监测 冻雨 较 为先进 的方 式是 通过 结冰传 感 器 感 知 地 面 雨 凇 的 存 在 来 判 断 是 否 有 冻 雨 发 生 。结 冰 传 感 器的分类方法很 多 ．根据 检测机 理可 将结 冰传 感器 分为 ：谐 振 式 、超声式 、热流式 、电容式 、光纤 式 、红 外式 等 ，目前机 械谐 振 方法探测冻雨 因为其 精确性和可靠性 ，应 用尤其广泛 ＿３］。‘
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｉｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｃｏｉｌ ｗａｓ ｆｏｕｎｄｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ ｓｅｎｓｏｒ．Ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ ｓｅｎｓｏｒ ｄｒ ｉｖｅ ｔｅｓｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ， ＡＤ５９３３ ａｎｄ ｓｉｇｎａｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｐａｒｔ，ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｒｔ ａｎｄ ｗａｔｃｈｄｏｇ ｍ ｏｎｉｔｏｒ ｉｎｇ ｐａｒｔ，ａｎｄ ｅｘｐｅｒ ｉｍ ｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒ ｉ— ｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ＡＣ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｆ ｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｗｅｅｐｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｈｉｆｔ ｏｆ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ ｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ ｃａｎ ｂｅ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｉｓ ｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇ ｎ ｅｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｕｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆ ｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ ｉｎ ｄｉｓａｓｔｅｒ ｗｅａｔｈｅｒ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍ ａｇｎ ｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ；ｆｒｅｅｚｉｎｇ ｒａｉｎ；ｓｅｎｓｏｒ；ｍｉｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｄｒｉｖｅｒ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍ ｅｎｔ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｒｉｖｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆ０ｒ Ｍ ａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ Ｆｒｅｅｚｉｎｇ Ｒａｉｎ Ｓｅｎｓｏｒ
ＷＥＮＧ Ｌｉｎｇ ，ＺＨＯＵ Ｆｅｉ ，Ｗ Ｕ Ｈｕａｎ—ｌｉ ，ＺＨＡＯ Ｚｈｉ－ｚｈｏｎｇ ，Ｗ ＡＮＧ Ｂｏ—ｗｅｎ
０ 引 言
谐振 电路是磁致伸缩冻 雨传 感器 的关键 电路 ，合 理 的驱动
冻 雨是 初 冬 或 冬 末 春 初 时 常 见 的 一 种 灾 害性 天 气 ］。 与检测系统是冻雨传感器正 常运行 的必要保证 ，因此本 文在磁
２００８年 １月 ．中国南方地 区遭遇了 ５Ｏ年一 遇的低温冻雨灾害 。 致伸缩冻雨传感器工作 原理的基础上 ．推导 了冻雨 传感器 检测
第 ５期
ｈ Leabharlann １、 Ｉ － Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｎｏ．５
磁 致伸 缩 冻 雨传 感器 驱 动 检 测 系统 设 计 与 实验
翁 玲 ，周 飞 ，吴 焕丽 ，赵智 忠 ，王博 文
（１．河北工业大 学电磁 场与电器可靠性省部共建重点 实验室 ，天津 ３００１３０；２．河北 工业大学电子信息工程学 院 。天津 ３００４０１）
摘要 ：在磁 致伸缩冻雨传 感器工作 原理 的基础上 ，推 导 了冻雨传 感器检测 线 圈电动势输 出与驱动 线 圈输入 之 间的 关 系 。设 计 了 由 电 源 、ＡＤ５９３３信 号 发 生 与 采 集 部 分 、数 据 处 理 部 分 和 看 门狗 监 控 部 分 组 成 的 冻 雨 传 感 器驱 动 检 测 系统 ，并 进行 了实验研 究。结果表明 ，设计 的冻雨传感器驱动 系统 可以进 行冻 雨传 感器 交流驱动 扫频 ，检 测 系统可 以检 测 冻雨传 感器的谐振 频率偏移 ，由此能确定有无冻雨的发 生。该驱动 与检 测 系统可适用 于各种 恶劣环境 下的冻雨检 测。 关键词 ：磁致伸缩 ；．冻雨 ；传 感器 ；微控制 器；驱动 ；检测 中 图分 类 号 ：ＴＭ３１５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１００２－１８４１（２０１６）０５－０００６—０３