CN107255535A - 一种振弦传感器测频方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于信号处理技术领域，提供了一种振弦传感器测频方法、装置及设备，包括：采集激振前振弦传感器的第一振荡信号；对振弦传感器进行激振，并采集激振后振弦传感器的第二振荡信号；提取出第一振荡信号中的噪声频率，并对第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；对第三振荡信号进行频率测量，得出振弦传感器的第一振荡频率。将激振前振弦传感器输出的第一振荡信号作为噪声频率提取对象，有效的提取出噪声的噪声频率，从而完成了对振弦传感器接的自适应噪声提取，再利用提取出的噪声频率来对激振后的第二振荡信号进行去噪处理，使得最终得到的第三振荡信号信噪比更高，从而提高了对振弦传感器振荡信号测频的准确度。

Description

一种振弦传感器测频方法、装置及设备

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种振弦传感器测频方法、装置及设备。

背景技术

振弦传感器是一种应力测量传感器，在桥梁、大坝、楼宇等大型建筑物的安全检测中有着广泛的应用。由振弦传感器组成的应力测量系统，在正常工作时，首先会对振弦传感器进行振荡信号的测频，即先通过激振电路对振弦传感器进行激振，使得振弦传感器产生固有振荡频率的振荡信号，并通过拾振电路对振荡信号进行拾取放大滤波，再对振荡信号进行振荡频率测量，此时若振弦传感器受到了外力作用，其输出振荡信号的振荡频率也会发生变化。在测频完成后，再基于测出的振荡频率进行换算，最后测出外界应力的变化。

振弦传感器输出的振荡信号具有信噪比低、衰减快以及易受外界噪声干扰等缺点，现有技术在进行振弦传感器振荡信号测频过程中，由于采用的激振方法、去噪方法以及频率测量方法的限制，常常难以进行精确的测频。例如，在进行噪声滤除时，现有技术中，一般采用在拾振电路中设置一个固定的滤波电路，仅对固定频率的噪声进行滤除，但考虑到振弦传感器实际应用场景的复杂性以及不确定性，振弦传感器可能接收到的噪声频段范围无法确定，因此，这种方法并不能有效的滤除噪声，从而使得被测的振荡信号中依然存在大量的噪声，无法对振弦传感器输出的振荡信号进行精确的测频。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种振弦传感器测频方法、装置及设备，以解决现有技术中对振弦传感器的振荡信号测频精确度低下的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种振弦传感器测频方法，包括：

采集激振前振弦传感器的第一振荡信号；

对所述振弦传感器进行激振，并采集激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；

对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

本发明实施例的第二方面提供了一种振弦传感器测频装置，包括：

信号采集模块，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号；

激振模块，用于对所述振弦传感器进行激振，并采集激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

噪声滤除模块，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；

频率测量模块，用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

本发明实施例的第三方面提供了一种振弦传感器测频设备，包括：

拾振电路，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号，以及激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

激振电路，用于对所述振弦传感器进行激振；

处理器，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；还用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明中，将激振前振弦传感器输出的第一振荡信号作为噪声频率提取对象，由于第一振荡信号中已经包含了振弦传感器接收到的所有噪声，因此，通过对第一振荡信号进行噪声频率提取，可有效的提取出振弦传感器接收到的噪声的噪声频率，从而完成了对振弦传感器接收到的噪声的自适应的噪声提取，再利用提取出的噪声频率来对激振后振弦传感器输出的第二振荡信号进行去噪处理，使得最终去噪后得到的第三振荡信号更加纯净，包含更少的噪声，信噪比更高，使得后续的频率测量变得更加精确，从而提高了对振弦传感器振荡信号测频的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的振弦传感器测频方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例二提供的振弦传感器测频方法的实现流程示意图；

图3是本发明实施例三提供的振弦传感器测频方法的实现流程示意图；

图4是本发明实施例四提供的恒流激振电路的电路结构图；

图5是本发明实施例五提供的振弦传感器测频方法的实现流程示意图；

图6是本发明实施例六提供的振弦传感器测频方法的实现流程示意图；

图7是本发明实施例七提供的振弦传感器测频装置的结构示意图；

图8是本发明实施例八提供的振弦传感器测频设备的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例一提供的振弦传感器测频方法的实现流程图，详述如下：

S101，采集激振前振弦传感器的第一振荡信号。

其中，激振是指利用可产生激励力(激振信号)的装置，对待激振物体进行激振，使得待激振物体获得一定形式和大小的振动量，从而使待激振物体产生振动。在本发明实施例中，激振是指利用激振电路产生的激振信号，对振弦传感器进行激振，使得振弦传感器产生振动输出振荡信号，从而使得本发明实施例能对振弦传感器输出的振荡信号进行测频。

应当理解地，在振弦传感器被激振前，由于未对振弦传感器进行激振，理想情况下振弦传感器不会输出任何信号。但在实际应用中，振弦传感器会受到环境中各种噪声的影响，因此，实际应用中即使未对振弦传感器进行任何激振，振弦传感器也会输出由各种环境噪声共同作用生成的噪声信号，为了便于说明以及方便理解，在本发明实施例中，将该噪声信号命名为第一振荡信号。因此，在本发明实施例中，第一振荡信号是指，激振前各种环境噪声共同作用于振弦传感器所生成的噪声信号。

S102，对振弦传感器进行激振，并采集激振后振弦传感器的第二振荡信号。

在本发明实施例中，可采用高压拨弦激振等激振方法，来进行S102中对振弦传感器进行激振的操作。

在对振弦传感器进行激振后，振弦传感器会输出一个固定频率的振荡信号，但由于实际环境噪音的影响，振弦传感器实际输出的振荡信号中，会包含大量频率不定的环境噪声。在本发明实施例中，为了与后续的振荡信号进行区分，将该包含环境噪声的振荡信号命名为第二振荡信号。

S103，提取出第一振荡信号中的噪声频率，并根据噪声频率对第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号。

作为S103的一种具体实现方式，可以采用先求出第一振荡信号的频谱，再根据频谱确定所包含的噪声的频率的方法，来进行S103中的噪声频率确定。

考虑到振弦传感器正常工作时，输出的振荡频率范围一般都具有一个频率上限以及频率下限，如400Hz～5KHz，正常工作时的振弦传感器输出的振荡频率会处于频率上限以及频率下限之间。在本发明实施例中，以频率上限为5KHz频率下限为400Hz为例，优选地，对第二振荡信号进行噪声滤除包括两部分，第一部分需要直接将第二振荡信号中小于400Hz以及大于5KHz的信号进行滤除，第二部分，需要将确定出的噪声频率所对应的信号，进行滤波。两部分滤波的执行顺序，本发明不做限定。优选地，可利用FFT快速傅立叶变换先求出第二振荡信号的频谱，再将频谱中小于400Hz、大于5KHz以及噪声频率对应的谱线置为零，来进行第二振荡信号的噪声滤除。实际应用中，频率上限以及频率下限的具体数值可由技术人员进行设定，本发明实施例中，优选地，选定频率上限为5KHz或6KHz，频率下限为400Hz。

在本发明实施例中，由于第一振荡信号中包含着振弦传感器所接收到的所有噪声信号，因此以第一振荡信号为噪声参考对象来进行噪声频率提取以及滤除，可以做到有效的根据实际接收到的环境噪声，自适应地进行噪声识别滤除，即可以根据第一振荡信号自适应地确定出所需要滤除的噪声疲劳，解决了现有技术中只能进行固定频率的滤波带来的滤波效果不佳的弊端，增强了对噪声的识别能力。

S104，对第三振荡信号进行频率测量，得出振弦传感器的第一振荡频率。

在得到滤波完成的第三振荡信号后，开始对第三振荡信号进行频率测量，以获知振弦传感器实际输出的振荡频率。应当理解地，为了便于对振荡信号以及振荡频率说明和区分，在本发明中，采用第一第二第三的顺序命名方法对振荡信号以及振荡频率进行命名，但振荡信号与振荡频率的对应关系，应由技术方案的具体细节步骤来进行确定，而与其顺序名称无直接关联。例如，第一振荡频率是指对第三振荡信号进行频率测量所得出的频率，即第一振荡频率对应的是第三振荡信号，而与第一振荡信号无直接关联。

现有技术中，一般会采用测频法、测周法以及等精度测频法等方法，来进行频率测量，这些频率测量方法的本质，都是在时域中，通过整形电路将正弦信号转换为脉冲信号，再对脉冲信号进行频率计算。由于振弦传感器输出的信号具有强度弱、衰减快以及易受外界噪声干扰等缺点，而现有技术中采用的基于整形电路的频率测量方法，均只能在信号信噪比较高的情况下才能获得较为准确的测量结果，因此，在具有环境噪声时，现有的频率测量方法就会出现就容易出现频率测量误差，甚至根本无法测量。

因此，本发明实施例的S104中，虽然可以选取测频法、测周法或者等精度测频法等方法，来进行频率测量，但考虑到其测量容易出现误差等因素，一般不选取这些方法来进行频率测量。而考虑到频率插值算法在进行频率计算时，相对基于整形电路的频率测量方法具有更低的信噪比阈值，即可以更好的抗环境噪声性能，因此本发明实施例中，优选地，可选用频率插值算法，来作为本发明实施例中频率测量的方法。

在本发明实施例中，通过将激振前采集到的第一激振信号作为噪声频率提取作为参考对象，并利用提取出的噪声频率对激振后的第二激振信号进行噪声滤除，使得噪声滤除更加适合振弦传感器的实际应用环境，从而能够更为有效地进行去噪，提高了最终被测频的第三振荡信号的信噪比，从而使得后续的频率测量变得更加精确，从而提高了对振弦传感器振荡信号测频的准确度。

作为本发明实施例一中S103的一种具体实现方式，作为本发明实施例二，如图2所示，包括：

S201，对第一振荡信号进行快速傅立叶变换，得出第一振荡信号对应的第一振荡信号频谱图。

在本发明实施例中，为了提高对噪声频率提取的精确度，可适当提升快速傅立叶变换的采样点数。本发明实施例中，优选地，可将采样点数设置为1024。

S202，获取噪声强度阈值，并从第一振荡信号频谱图中，提取出信号强度大于噪声强度阈值的所有信号所对应的信号频率，作为噪声频率。

由于实际应用的环境中，包含的噪声频率非常复杂，在进行噪声频率提取时，若是将第一振荡信号中所有的信号，均认定为噪声并进行噪声频率提取，会对后续的信号处理以及频率测量造成影响。因此，在本发明实施例中需要根据噪声强度阈值来对第一振荡信号中的信号进行噪声筛选，并将信号幅值大于噪声强度阈值的信号，认定为会对频率测量造成影响的噪声，并对这些噪声的噪声频率进行提取。

作为S202中获取噪声强度阈值的一种具体实现方式，包括：读取预设的噪声强度阈值。在本发明实施例中，需要技术人员根据振弦传感器实际应用的环境进行测量，确定并预先设置好一个噪声强度阈值，S202在进行噪声强度阈值确定时，只需直接读取该噪声强度阈值即可。

作为S202中获取噪声强度阈值的另一种具体实现方式，包括：

提取第一振荡信号频谱图中，所有信号频率处于频率上限以及频率下限之间的信号，并计算这些信号幅值的均值。

将α倍的均值作为噪声强度阈值。其中，α的具体数值，可由技术人员根据实际情况进行取值。在本发明实施例中，优选地，选取α为3。

由于上一个S202的实现方式中，需要技术人员去实际应用的环境中进行测量，操作十分不便，且不同时间段测出来的噪声强度阈值也会有所差异，因此，得到的噪声强度阈值也并不可靠。为了提示噪声强度阈值的可靠性，在本发明实施例中，利用第一振荡信号频谱图为基础来计算噪声强度阈值，因而不会受到环境噪声变化的影响，使得得到的噪声强度阈值更加可靠，进而保证了后续信号去噪的可靠性。

作为S202中获取噪声强度阈值的又一种具体实现方式，可以将上述两种实现方式进行结合，并选取其中数值较小的噪声强度阈值，作为最终的噪声强度阈值。

作为本发明实施例一中S102的一种具体实现方式，作为本发明实施例三，如图3所示，包括：

S1021，采用高压恒流激振的方法对振弦传感器进行激振。

在本发明实施例中，虽然可以选取高压拨弦激振的激振方法，来完成S102中的振弦传感器激振，但实际情况中，高压拨弦激振时产生的激振信号的电流可能会超出振弦传感器的额定值，从而导致振弦传感器内部线圈的损坏。为了能够安全有效地对振弦传感器进行激振，本发明实施例中，采用高压恒流激振的方法来对振弦传感器进行激振。

其中高压恒流激振是指利用高压恒流源电路，输出一个电流恒定的激振信号至振弦传感器，以对振弦传感器进行激振。

作为S1021中高压恒流源电路的一个具体实现方式，作为本发明实施例四，如图4所示，该高压恒流源电路包括：开关电路以及恒流电路。

其中开关电路，包括第一三极管、第二三极管、第二电阻、第四电阻、第七电阻以及第一电容。用于控制恒流电路电源的接通或断开，防止长时间工作导致恒流电路出现损坏。其中，第一电容的正极与第二电阻的第一端以及第一三极管的发射极相连，第二电阻的第二端以及第一二极管的基极与第四电阻的第一端相连，第四电阻的第二端与第二三极管的集电极相连，第二三极管的第二端与第七电阻的第一端相连。

恒流电路，包括高压芯片、第三电阻、第六电阻、第二十二电阻以及第一开关。用于将输入的电源电压VCC升至高压，并输出电流恒定的振荡信号至振弦传感器，以实现对至振弦传感器安全激振。其中高压芯片的输入端与第一二极管的集电极相连，高压芯片的输出端分别与第一开关的第一端、第二十二电阻的第一端、第六电阻的第一端以及振弦传感器的信号端相连，高压芯片的接地端与第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二十二电阻的第二端、第一开关的第二端分别相连，第而二极管的发射极、振弦传感器接地端以及第六电阻的第二端共接于地。其中，第三电阻以及第二十二电阻均可为22欧姆的固定电阻。

在实际应用中，振弦传感器的传输电缆有时会长达数百米，由于电缆越长损耗阻抗越高，而电缆阻抗会对电压造成损耗，从而使得传统的恒流电路难以在长距离电缆传输时，实现激振信号的电流恒定，导致在长距离电缆传输时，难以对振弦传感器正常激振，而非正常的激振，会使得难以对振弦传感器进行准确的频率测量。为了实现长电缆传输的情况下，也能保持输出激振信号的电流恒定，保证对振弦传感器的准确测频，在本发明实施例中，利用高压芯片将电压较低的电源电压升压至高压，并利用高压来作为恒流电路的工作电压，使得即使在长距离电缆传输的情况下，也能很好地保证激振信号的电流恒定，保证了对振弦传感器的正常且安全的激振，从而保证了对振弦传感器的准确测频。

作为本发明实施例一中S104的一种具体实现方式，作为本发明实施例五，如图5所示，包括：

S501，对第三振荡信号进行预设采样频率的模拟信号转数字信号采样，并对采样后的第三振荡信号进行快速傅立叶变换，得到第三振荡信号对应的第三振荡信号频谱图。

由上述对S104的说明可知，选取频率插值算法来进行信号频率的计算，可提高频率测量的精确度。但当待测的信号频率不在快速傅立叶变换的两相邻量化频率中点位置时，即当待测的信号频率在量化频率附近时，频率插值算法计算频率则会存在较大误差，无法进行信号频率的精确测量。

S502，根据第三振荡信号频谱图，判断待测的第一振荡频率是否位于幅值最大的两相邻量化频率的中点位置。

本发明实施例的S402包括：

S5021，从第三振荡信号频谱图中读取最大谱线幅值A₁、次最大谱线幅值A₂以及最大谱线的频率索引值k。

S5022，计算幅值比系数由于A₁≥A₂，因此δ∈(0，0.5]。

S5023，判断幅值比系数δ是否属于(0，α]。其中α用于判定信号频率是否处于两相邻量化频率中点位置，当δ∈(α，0.5]时，则说明信号频率在两相邻量化频率中点位置，且越接近0.5，则说明信号频率越靠近两相邻量化频率中点位置。其中，α可由技术人员根据实际情况的需求进行取值。本发明实施例中，优选地，α可以为1/3或者0.25。

S5024，若幅值比系数δ不属于(0，α]，判定第三振荡信号的频率在两相邻量化频率中点位置。当幅值比系数δ∈(α，0.5]时，说明待测的信号频率在两相邻量化频率中点位置，此时利用频率插值算法可以较为精确地测量出待测的信号频率。

S5025，若幅值比系数δ属于(0，α]，判定第三振荡信号的频率偏离了两相邻量化频率中点位置。当幅值比系数δ∈(0，α]时，说明待测的信号频率不在两相邻量化频率中点位置。

S503，若待测的第一振荡频率位于中点位置，利用频率插值算法对第三振荡信号进行频率测量，得出振弦传感器的第一振荡频率。

在本发明实施例中，频率插值算法包括但不限于Quinn频率插值算法以及Rife频率插值算法。即技术人员既可以选取Quinn频率插值算法和/或Rife频率插值算法来进行S503的频率测量，也可以采用除这两种算法以外的其他频率插值算法来进行S503的频率测量。

S504，若待测的第一振荡频率不位于中点位置，对预设采样频率进行调整，并返回执行对振弦传感器进行激振操作。

设预设采样频率的初始值为f_s0。

为了提高频率插值算法的精确度，需要待测的信号频率在两相邻量化频率的中点位置，本发明实施例中，为了使待测的信号频率位于两相邻量化频率的中点位置，对预设采样频率f_s0进行调整，使得两相邻量化频率的中点位置进行频移，更加靠近待测的信号频率，从而提高频率插值算法的精确度。

在本发明实施例中，优选地，若幅值比系数δ∈(0，α]，对A/D模拟信号转数字信号采样的预设采样频率调整为其中k为最大谱线的频率索引值。

在本发明实施例中，重新调整预设采样频率后，需要返回S102的步骤，对再次进行激振、去噪等操作，并利用调整后的预设采样频率重新进行进行频率测量，直至幅值比系数δ∈(α，0.5]。

在本发明实施例中，通过调整快速傅立叶变换的采样频率，来将两相邻量化频率的中点位置频移到待测的信号频率，使得后续频率插值算法能更加准确地进行频率测量计算，从而提高了对振弦传感器信号测频的准确度。

作为本发明的一个优选实施例六，如图6所示，包括：

S601，采用频率为第一振荡频率的激振信号，对振弦传感器进行二次激振。

为了进一步地提高振弦传感器输出的振荡信号的测量精度，本发明实施例中，会利用本发明实施例一中计算出的第一振荡频率来对激振信号进行频率调整，使得激振信号的频率与第一振荡频率一致，再利用调整后的激振信号再一次对振弦传感器进行激振。应当理解的，本发明实施例六中的二次激振与本发明实施例五中的再次进行激振并不相同，本发明实施例六中的二次激振所采用的激振信号的频率与S104中得到的第一振荡频率相同，而本发明实施例五中的再次进行激振所使用的激振信号的频率与S102中所使用的激振信号频率一致。

S602，采集二次激振后振弦传感器的第四振荡信号。

S603，根据噪声频率对第四振荡信号进行噪声滤除处理，得到第五振荡信号。S603操作与本发明实施例一中的S103相同。

S604，对第五振荡信号进行频率测量，得出振弦传感器的第二振荡频率。S604操作与本发明实施例一中的S104相同。

由于本发明实施例中得到的第一振荡频率，与振弦传感器自由谐振频率比较接近，因此，利用第一振荡频率对振弦传感器进行二次激振，会引起振弦传感器内部的钢弦的谐振，使得输出的第四振荡信号的信噪比会高于本发明实施例中得到的第三振荡信号，再通过后续的去噪处理，使得得到的第五振荡信号信噪比得到了进一步的提升，从而使得后续频率测量变得更加精确，提供了对振弦传感器的振荡信号的准确度。

在本发明实施例中，通过对实际进行振弦传感器的振荡信号测频可能遇到的问题进行针对性分析，并对振弦传感器的振荡信号测频中的激振方法、去噪方法以及频率测量方法，分别进行了针对性改进，使得振弦传感器的振荡信号测频各方面性能均得到了优化，极大的提高了对振弦传感器振荡信号测频的准确度。

对应于上文实施例所述的方法，图7示出了本发明实施例提供的振弦传感器测频装置的结构示意框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

参照图7，该振弦传感器测频装置包括：

信号采集模块71，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号。

激振模块72，用于对所述振弦传感器进行激振，并采集激振后所述振弦传感器的第二振荡信号。

噪声滤除模块73，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号。

频率测量模块74，用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

进一步地，激振模块72包括：

采用高压恒流激振的方法对所述振弦传感器进行激振。

进一步地，噪声滤除模块73包括：

频谱变换子模块，用于对所述第一振荡信号进行快速傅立叶变换，得出所述第一振荡信号对应的第一振荡信号频谱图。

噪声提取子模块，用于获取噪声强度阈值，并从所述第一振荡信号频谱图中，提取出信号强度大于所述噪声强度阈值的所有信号所对应的信号频率，作为所述噪声频率。

进一步地，频率测量模块74包括：

采样子模块，用于对所述第三振荡信号进行预设采样频率的模拟信号转数字信号采样，并对采样后的所述第三振荡信号进行快速傅立叶变换，得到所述第三振荡信号对应的第三振荡信号频谱图。

位置判断子模块，用于根据所述第三振荡信号频谱图，判断待测的所述第一振荡频率是否位于幅值最大的两相邻量化频率的中点位置。

频率测量子模块，若待测的所述第一振荡频率位于所述中点位置，利用频率插值算法对所述第三振荡信号进行所述频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

采样调整子模块，用于若待测的所述第一振荡频率不位于所述中点位置，对所述预设采样频率进行调整，并返回执行所述对所述振弦传感器进行激振操作。

进一步地，振弦传感器测频装置还包括：

二次激振模块，用于采用频率为所述第一振荡频率的激振信号，对所述振弦传感器进行二次激振。

采集信号模块，用于采集所述二次激振后所述振弦传感器的第四振荡信号。

去噪模块，用于根据所述噪声频率对所述第四振荡信号进行噪声滤除处理，得到第五振荡信号。

测量模块，用于对所述第五振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第二振荡频率。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图8是本发明一实施例提供的振弦传感器测频设备的示意图。如图8所示，该实施例的振弦传感器测频设备8包括：

拾振电路81，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号，以及激振后所述振弦传感器的第二振荡信号。

激振电路82，用于对所述振弦传感器进行激振。

处理器83，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号。还用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

进一步地，激振电路82包括：高压恒流源电路。

高压恒流源电路包括：开关电路以及恒流电路。

其中开关电路，包括第一三极管、第二三极管、第二电阻、第四电阻、第七电阻以及第一电容。用于控制恒流电路电源的接通或断开，防止长时间工作导致恒流电路出现损坏。其中，第一电容的正极与第二电阻的第一端以及第一三极管的发射极相连，第二电阻的第二端以及第一二极管的基极与第四电阻的第一端相连，第四电阻的第二端与第二三极管的集电极相连，第二三极管的第二端与第七电阻的第一端相连。

恒流电路，包括高压芯片、第三电阻、第六电阻、第二十二电阻以及第一开关。用于将输入的电源电压VCC升至高压，并输出电流恒定的振荡信号至振弦传感器，以实现对至振弦传感器安全激振。其中高压芯片的输入端与第一二极管的集电极相连，高压芯片的输出端分别与第一开关的第一端、第二十二电阻的第一端、第六电阻的第一端以及振弦传感器的信号端相连，高压芯片的接地端与第三电阻的第一端相连，第三电阻的第二端与第二十二电阻的第二端、第一开关的第二端分别相连，第而二极管的发射极、振弦传感器接地端以及第六电阻的第二端共接于地。其中，第三电阻以及第二十二电阻均可为22欧姆的固定电阻。

所述处理器83执行上述各个振弦传感器测频方法实施例中信号去噪以及信号测频的步骤，例如图1所示的步骤103至104。或者，所述处理器83执行上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块73至74的功能。

所述处理器80可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种振弦传感器测频方法，其特征在于，包括：

采集激振前振弦传感器的第一振荡信号；

对所述振弦传感器进行激振，并采集激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；

对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

2.如权利要求1所述的振弦传感器测频方法，其特征在于，所述提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，包括：

对所述第一振荡信号进行快速傅立叶变换，得出所述第一振荡信号对应的第一振荡信号频谱图；

获取噪声强度阈值，并从所述第一振荡信号频谱图中，提取出信号强度大于所述噪声强度阈值的所有信号所对应的信号频率，作为所述噪声频率。

3.如权利要求1所述的振弦传感器测频方法，其特征在于，所述对所述振弦传感器进行激振，包括：

采用高压恒流激振的方法对所述振弦传感器进行激振。

4.如权利要求1所述的振弦传感器测频方法，其特征在于，所述对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率，包括：

对所述第三振荡信号进行预设采样频率的模拟信号转数字信号采样，并对采样后的所述第三振荡信号进行快速傅立叶变换，得到所述第三振荡信号对应的第三振荡信号频谱图；

根据所述第三振荡信号频谱图，判断待测的所述第一振荡频率是否位于幅值最大的两相邻量化频率的中点位置；

若待测的所述第一振荡频率位于所述中点位置，利用频率插值算法对所述第三振荡信号进行所述频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率；

若待测的所述第一振荡频率不位于所述中点位置，对所述预设采样频率进行调整，并返回执行所述对所述振弦传感器进行激振操作。

5.如权利要求1所述的振弦传感器测频方法，其特征在于，还包括：

采用频率为所述第一振荡频率的激振信号，对所述振弦传感器进行二次激振；

采集所述二次激振后所述振弦传感器的第四振荡信号；

根据所述噪声频率对所述第四振荡信号进行噪声滤除处理，得到第五振荡信号；

对所述第五振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第二振荡频率。

6.一种振弦传感器测频装置，其特征在于，包括：

信号采集模块，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号；

激振模块，用于对所述振弦传感器进行激振，并采集激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

噪声滤除模块，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；

频率测量模块，用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。

7.如权利要求6所述的振弦传感器测频装置，其特征在于，所述噪声滤除模块，包括：

频谱变换子模块，用于对所述第一振荡信号进行快速傅立叶变换，得出所述第一振荡信号对应的第一振荡信号频谱图；

噪声提取子模块，用于获取噪声强度阈值，并从所述第一振荡信号频谱图中，提取出信号强度大于所述噪声强度阈值的所有信号所对应的信号频率，作为所述噪声频率。

8.如权利要求6所述的振弦传感器测频装置，其特征在于，所述频率测量模块，包括：

采样子模块，对所述第三振荡信号进行预设采样频率的模拟信号转数字信号采样，并对采样后的所述第三振荡信号进行快速傅立叶变换，得到所述第三振荡信号对应的第三振荡信号频谱图；

位置判断子模块，用于根据所述第三振荡信号频谱图，判断待测的所述第一振荡频率是否位于幅值最大的两相邻量化频率的中点位置；

频率测量子模块，若待测的所述第一振荡频率位于所述中点位置，利用频率插值算法对所述第三振荡信号进行所述频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率；

采样调整子模块，用于若待测的所述第一振荡频率不位于所述中点位置，对所述预设采样频率进行调整，并返回执行所述对所述振弦传感器进行激振操作。

9.如权利要求6所述的振弦传感器测频装置，其特征在于，还包括：

二次激振模块，用于采用频率为所述第一振荡频率的激振信号，对所述振弦传感器进行二次激振；

采集信号模块，用于采集所述二次激振后所述振弦传感器的第四振荡信号；

去噪模块，用于根据所述噪声频率对所述第四振荡信号进行噪声滤除处理，得到第五振荡信号；

测量模块，用于对所述第五振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第二振荡频率。

10.一种振弦传感器测频设备，其特征在于，包括：

拾振电路，用于采集激振前振弦传感器的第一振荡信号，以及激振后所述振弦传感器的第二振荡信号；

激振电路，用于对所述振弦传感器进行激振；

处理器，用于提取出所述第一振荡信号中的噪声频率，并根据所述噪声频率对所述第二振荡信号进行噪声滤除处理，得到第三振荡信号；还用于对所述第三振荡信号进行频率测量，得出所述振弦传感器的第一振荡频率。