振弦式传感器读数模块的测量模式和传感器激励方法

VM系列****振弦式传感器读数模块的测量模式和传感器激励方法

一、测量模式

模块有连续测量和单次测量两种测量模式，通过向测量模式寄存器WKMOD.[0]写入 1 使模

块工作于连续测量工作模式，写入0 使模块工作于单次测量工作模式。WKMOD.[15]用来设置是

否在模块“忙”时禁用数字接口，当数字接口被禁用期间，模块不会收到任何经由数字接口传

输的数据或指令，当数字接口不被禁用时，模块内部维持传感器测量优先的逻辑，收到的指令

会在模块完成当次测量后得到响应。

一、1.连续测量模式

在连续测量模式下，模块每间隔一定的时间自动进行一次传感器激励和数据读取操作，相

邻两次测量的时间间隔由寄存器MM_INTE 进行设置，单位为毫秒。无论是连续测量模式还是单次测量模式，在每次向传感器发送激励信号之前均会等待

MM_INTE 毫秒，所以，连续测量时间间隔也称为“激励前等待时长”。

一、2.单次测量模式

单次测量是指模块一直处于“空闲”状态，当收到单次测量指令后，立即启动单次测量过

程的工作流程。在单次测量模式，每隔3 秒在 RTS 管脚输出一次短促高脉冲（10ms）表示当前

处于单次工作模式。有四类指令可以触发一次单次测量。

（1）使用专用$指令集指令

通过UART 接口向模块发送单次测量指令MSFR=x 或者MSFT=x。

例：在单次测量模式下

向模块发送单次测量指令：$MSFR=3\r\n

模块开始完成3 次测量，当完成后输出频率测量结果数据：$FR=1343.3Hz\r\n

向模块发送单次测量指令：$MSFT=3\r\n

模块开始完成3 次测量，当完成后输出频率和温度测量结果数据：

FR=1343.3Hz\tTE=30.2’C\r\n

（2）使用专用单次测量指令 0xAAAA 或 0xAAAB

通过UART 接口向模块发送特定的单次测量指令，模块测量完成后主动上传频率和温度测量

结果

单次测量时，测量次数尽量>=3 次，且推荐使用高压激励方法、开启历史数据滤波功能。若

采用扫频法，可能首次测量失败，影响最终结果计算（若使用了历史数据滤波功能）。

例：在单次测量模式下

向模块发送单次测量指令：AA AA 01 13 68

模块开始完成3 次测量，当完成后输出频率测量结果数据：AA AA 01 13 34 3A D6，则当

前测量到的频率值为(0x34*256+0x3A)/10=1337.0Hz。

向模块发送单次测量指令：AA AB 01 13 69

模块开始完成3 次测量，当完成后输出频率和温度测量结果数据：AA AB 01 13 34 3A 00

F5 CC，则当前测量到的频率值为(0x34*256+0x3A)/10=1337.0Hz，温度值为 24.5℃。

（3）向系统功能寄存器写入单次测量指令码

使用数字接口，任意一种通讯协议，向系统功能寄存器SYS_FUN 写入 0x1x、0x3x 或者 0x7x

指令码，触发一次单次测量。使用这种方法时，模块遵循主从通讯机制，在完成测量后不会主动

上传数据，可以通过读取系统状态寄存器SYS_STA.[4]来判断当前是否已经完成了本次单次测

量，并在检测到完成时读取频率寄存器S_FRQ 获得本次测量的频率结果。

例：在单次测量模式下使用MODBUS 协议

向模块发送单次测量指令：01 06 00 03 00 13 38 07

模块返回MODBUS 应答数据：01 06 00 03 00 13 38 07

模块开始完成3 次测量，当完成后不输出任何信息，需要读取 SYS_STA.[4]来判断测量是否

完成。

（4）直接读取频率寄存器 S_FRQ

在单次测量模式下使用MODBUS 或 AABB 通讯协议读取频率寄存器 S_FRQ，VM 模块执行 0x73

指令码，并根据使用的通讯协议返回寄存器值。

二、传感器激励方法

通过修改寄存器EX_METH.[3:0]来完成激励方法的选择，EX_METH[4]用于设置是否忽略传感

器的接入检测而强制发送激励信号。

二、1 高压脉冲激励法

高压脉冲激励法HPM（High Voltage Pulse Excitation Method）。向振弦传感器发送单个

瞬时高压脉冲信号，使钢弦产生自主振动的方法。在高压脉冲激励法中，以VSEN 为电压源，将

低电压抬升至高压（一般100V~200V 之间），泵压后的高压值及向传感器释放的电量与泵压持续

时长、泵压源电压等参数有关。

VMXXX 可产生 30~180V 的高压脉冲激励信号，较高的 VSEN 电压可以获得较高的高压值。

使用80V~180V 的高压脉冲激励信号均能使振弦良好起振，为不影响传感器寿命，在满足测

**量需求前提下，应尽量利用HP_EXP 寄存器使高压激励信号维持在一个尽量低的电压值，高电压 **

有可能烧毁传感器线圈 。

高压激励时激励电压除受到期望电压参数限制外，根据实时线圈电阻阻值大小还会进行进

一步的一定的限制

（1）强制激励时，若外接线圈电阻不在正常范围内，限制为最高 50V；

（2）正常连接传感器时，线圈电阻越小时限制的电压越低；

二、 2. 低压扫频激励法

低压扫频LSM（Low Voltage Sweeping Method）是指使用一个与振弦传感器钢弦频率相近

的周期性信号，使钢弦产生自振。低压扫频时，VSEN 电压即是扫频电压。

与低压扫频有关的寄存器有起始频率寄存器（FS_FMIN）、终止频率寄存器（FS_FMAX）、频率

步进寄存器（FS_STEP）以及单步扫频信号周期数量寄存器（FS_SCNT）。

全频段扫频

根据起始频率与终止频率范围，频率由低向高向传感器发送渐进的扫频激励信号，直到传

感器产生共振并返回共振电流信号。在输出激励信号的过程中，激励信号的频率变化由频率步进和信号周期数量决定。

此激励方法较为耗时，若要中断扫频过程，可向系统功能寄存器SYS_FUN 发送指令 07，立

即结束当前测量过程，跳转到下次测量过程。

分段扫频

将300Hz~5000Hz 分为固定的 4 段，通过激励方法寄存器指定频段范围进行扫频和拾振。在

输出激励信号的过程中，激励信号的频率变化由频率步进和信号周期数量决定。

二、3.频率反馈激励法

频率反馈激励法（Frequency Feedback Sweeping Method）是指利用前述高压脉冲或者全

频段扫频方法对传感器进行激励并获取传感器的振动频率，在获取到传感器的钢弦振动频率后

使用这个固定的频率信号对传感器进行后续的激励。

频率反馈固定频率扫频法

频率反馈固定频率扫频法FFF（Frequency Feedback Fixed Frequency Sweeping Method）。

首次激励时采用预先指定的“第一激励法”，对传感器返回信号进行采样、评估、计算等操作，

若信号质量达到预定值（寄存器EXS_TH.[7:0]），则以后的激励自动改为固定频率的低压扫频

法，激励信号的频率即是最近一次计算得到的传感器频率值。在低压扫频过程中，当检测到信

号质量低于预定目标时，自动切换为预先指定的“第一激励法”对传感器进行激励。以上步骤周

而复始。

频率反馈渐变频率扫频法

频率反馈渐变频率扫频法FFG（Frequency Feedback Gradual Frequency Sweeping Method）。

首次激励时采用预先指定的“第一激励法”，对传感器返回信号进行采样、评估、计算等操作，

若信号质量达到预定值（寄存器EXS_TH.[7:0]），则以后的激励自动改为渐进低压扫频法，在激

进低压扫频法中，起始频率和终止频率自动设置为最近一次计算得到的传感器频率值（中心频

率值）上下各20Hz（默认值，可通过修改寄存器 FSG_TH 修改频率区间上下限）。在低压扫频过程中，当检测到信号质量低于预定目标时，自动切换为预先指定的“第一激励法”对传感器进行

激励。

二、4.SFC 激励法（推荐）

SFC（Smart Frequency capture）激励方法是利用高压或者快速全频段扫频获取采样数据

特征分析得到大致的频率范围，然后使用固定低压扫频得到传感器频率的方法。

SFC 激励测频是全自动方法，与扫频参数起始频率寄存器（FS_FMIN）、终止频率寄存器

（FS_FMAX）频率步进寄存器（FS_STEP）以及单步扫频信号周期数量寄存器（FS_SCNT）无

关