电感式位移传感器测量电路的设计论文
一种电感式位移传感器的电路
一种电感式位移传感器的电路
随着传感器技术的成熟发展，传感器已广泛应用于各种测量装置中。
在很多几何量测量装置中，位移传感器是不可或缺的组成部分。
介绍了一种电感式位移传感器的电路系统。
该系统以一片AD698芯片为信号调整电路的核心，将位移量输出信号转换为相应的直流电压值，并结合其它一系列电路模块实现了测头位移量测量。
通过对测头的标定试验证明该系统精度高、线性测量范围大。
1 系统结构与工作原理
图1为测头电路系统结构框图。
测头电路系统主要由信号转换电路、运算放大电路、滤波输出电路、量程切换电路和窗口电压比较电路五部分组成。
传感器输出交流电压信号，电压值与传感器磁芯位置成正比，经过信号转换电路将其转换为相应的直流电压信号。
运算放大电路对直流电压信号进行放大，以满足后续电路的电压需求;放大后的直流信号经过滤波输出电路输出到A /D 卡，在计算机控制下实现自动检测;同时，滤波信号经量程切换电路，将直流电压信号以对应电表不同量程的位移值得以显示，从而提供直观的测量结果;滤波信号经窗口电压比较电路可检测到测头位移状态，分别以检测、安装、报警等状态显示输出，保证了安装和检测过程的安全。
传感器课程设计_电感式位移传感器
东北石油大学课程设计2015年7 月 8日任务书课程传感器课程设计题目电感式位移传感器应用电路设计专业测控技术与仪器祖景瑞学号 120601240222主要容：本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。
电路要能够检测一定围位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等技术。
基本要求：1、能够检测 0~20cm 的位移；2、电压输出为 1~5V；3、电流输出为 4~20mA；主要参考资料：[1] 贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业，2007: 48-50.[4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育，2002:80-90.完成期限 2015.7.4—2015.7.8指导教师专业负责人2015年 7 月 1 日摘要测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种电感式位移传感器的设计方法，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点，可以广泛应用于机械位移的测量与控制。
浅谈电感传感器微位移检测仪的原理与设计
放大使得其调制后的电压有效值满足 A\D 转换器的输入范围，即 放大整流电路设计以及其后续的精密整流电路设计等。在模拟电 路仿真方面，选择了更侧重于模拟数字电路原理特性级仿真分析 的 Multisim 软件，整体仿真见图 2。
图2 系统模拟电路的设计与仿真
2.4 系统数字电路的设计与仿真 数字电路的设计包含 A\D 转换器电路、单片机及其外围电
中图分类号 ：TP3，J4
文献标示码 ：A
文章编码 ：1672-7274（2019）09-0159-01
随着当前信息技术的不断发展，现代摄影技术也得到了全面 的提升，增加了更多的摄影素材和创作领域。面对当前丰富多彩 的现实生活，将构图与摄影结合发展，对整个摄影技术以及摄影 作品都具有一定影响。通过对摄影构图的实际应用展开研究，更 好的让摄影者用更为精巧的方式将作品展示出来，使得作品更加 具有艺术性，更加趋近于完美。
压器电桥后产生的输出信号较小，因而需要对其采集的信号进行
图3 系统数字电路的设计与仿真
3 结束语
本次设计通过查阅资料，结合所学，成功完成了以单片机为 核心器件的电感测微仪的相关电路设计，并分别利用 Multisim 和 PROTEUS 进行了电路仿真，电路调试后基本可以实现相应的功 能，同时也对系统可能存在的误差和外界干扰进行了相关的分析， 并提出了一些解决措施。
热点透视 Hot-Point Perspective DCW
浅谈电感传感器微位移检测仪的原理与设计
杨沁佳
（东北大学，沈阳 110000）
摘要 ：电感传感器微位移检测仪，广泛应用于检查工件的厚度、内外径、平行度等，该仪器属于典型的测控系统。本础设计研究，专业学以致用同时兼顾技术改进等方面的设计。
本课题涉及到的信号调制，就是将微位移信号调制到正弦波 信号上进行检测。电感测微仪测头由差动螺管线圈和可在线圈内 部移动的磁芯组成，当线圈由交变信号驱动时，线圈内部产生一 个磁场。调制部分采用差动变压器电桥的思想，即实现无位移输 入时铁芯位于中央处，输出为零 ；反之，当铁芯移动时，改变线 圈内部的磁场分布，测量电路产生一个与磁芯移动量大小成正比 的电压幅值。这个电压的幅值信号就是整个系统的处理对象，它 的幅值和相位就间接反映出了位移量的大小和方向。
电感式传感论文
电感式传感器------机械工程测量技术报告一、介绍电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量L 或互感量M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。
电感式传感器的种类较多，主要有利用自感原理的自感式传感器、利用互感原理的差动变压器式传感器、利于涡流原理的电涡流式传感器。
其优点是：灵敏度高、线性较好、结构简单、工作可靠寿命长、测量精度高、零点稳定、输出功率较大、抗干扰能力强、分辨率较高等。
其缺点是：传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量；另外，传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围越大，分辨率越低。
二、介绍三种电感式传感器<一>自感式传感器1、工作原理1-线圈 2-铁芯（定铁芯） 3-衔铁（动铁芯）铁芯和衔铁由导磁材料制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。
当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化。
根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：N ——线圈的匝数 R m ——磁路总磁阻由于气隙距离δ一般较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为:上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L 仅仅是磁路中磁阻 的函数，只要改变δ或 均可导致电感变化。
因此，变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的传感器。
使用最2mN L R =12m 1122002L L R S S S δμμμ=++广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。
2、等效电路磁滞损耗电阻Rh ：铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。
铜耗电阻Rc ：取决于导线材料及线圈几何尺寸。
涡流损耗电阻Re ：由频率为f 的交变电流激励产生的交变磁场在线圈铁心中造成的涡流及磁滞损。
并联寄生电容C 的影响：并联寄生电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。
电感式微位移测量电路
- III -
哈尔滨理工大学学士学位论文-------------电气学院周三强
目录
摘要 .................................................................................................................. I Abstract............................................................................................................ II 第 1 章 绪论 ................................................................................................... 1 1.1 本文的背景及意义 ............................................................................... 1 1.2 国内外的研究现状 ............................................................................... 1 1.3 本文的主要研究内容 ........................................................................... 3 第 2 章 电感式微位移测量电路硬件设计 ..................................................... 4 2.1 电感式传感器工作原理........................................................................ 4 2.1.1 电感式传感器简介......................................................................... 4 2.1.2 自感式传感器工作原理 ................................................................. 4 2.1.3 互感式传感器工作原理 ................................................................. 6 2.2 电路的总体设计 ................................................................................... 8 2.3 主要芯片说明 ....................................................................................... 8 2.3.1 STC 单片机 ..................................................................................... 8 2.3.2 OP07 集成运放 ............................................................................... 9 2.4 放大电路的设计 ................................................................................... 9 2.4.1 集成运算放大电路......................................................................... 9 2.4.2 差动放大电路 .............................................................................. 11 2.5 改进的相敏整流电路的设计 .............................................................. 13 2.5.1 典型整流电路 .............................................................................. 13 2.5.2 改进的相敏整流电路................................................................... 14 2.6 稳压电路的设计 ................................................................................. 16 2.7 低通滤波器的设计 ............................................................................. 17 2.8 A/D 采样电路设计............................................................................... 18 2.9 本章小结............................................................................................. 20 第 3 章 软件仿真及系统调试....................................................................... 21 3.1 Multisim 10 仿真软件简介 .................................................................. 21 3.2 系统软件的设计 ................................................................................. 21 3.3 硬件电路的仿真结果及分析 .............................................................. 22 3.4 系统的调试 ......................................................................................... 26 3.5 本章小结............................................................................................. 27 结论 ............................................................................................................... 28 致谢 ............................................................................................................... 29
电感式微位移测量仪的设计与实现
电感式微位移测量仪的设计与实现
摘要
本文介绍了一种基于电感的微位移测量仪的设计与实现，它由放大器、滤波器、示波器、控制板等多个模块组成。
介绍了测量仪的结构和工作原理，并且分析了电感的正反变换原理，以及在实现微位移测量的关键技术，设计了相应的电路，从而实现了电感式微位移测量仪的精确测量。
1绪论
微位移测量是一种广泛应用于机械精密测量的技术，它可以快速准确
地测量出一定范围内的微位移量。
近年来，随着电子技术在机械精度测量
方面的发展，已经应用到微位移测量中。
电感式微位移测量仪是有关电子
测量技术中的重要研究内容，此类仪器具有测量精度高、稳定可靠和数据
处理快速等优点，因此倍受重视。
本文研究了基于电感的微位移测量仪，
分析了建立测量仪的结构和工作原理，以及实现微位移测量的关键技术，
并设计相应的电路，从而实现了电感式微位移测量仪的精确测量。
2电感式微位移测量仪的结构和工作原理
放大器模块，用于对测量信号进行放大。
普通物理II实验-实验八 电感位移传感器特性研究
实验八电感位移传感器特性研究【实验目的】1.了解电感位移传感器工作原理；2.测量自感式传感器特性；3.测量差动变压器式传感器特性。
【实验原理】1．自感式位移传感器当磁棒插入线圈中并发生位移时，回路自感的大小与这回路所围面积的磁链数有关，由于磁棒在外部的磁感线是发散的、密度较稀，在内部的磁感线密度很大，所以自感L随磁棒位移x而发生变化。
而自感式传感器是把被待测位移变化转换成自感L变化的一种传感器。
自感式传感器的自变量为L，电感测量常见方法有以下两种。
（1）RL分压法测电感图9.1（a）所示的RL分压法测量电感接线图，因为电感的电流落后电压90°，而串联电路流过的电流是相同的，所以电感的电流与电阻的电压同相位。
我们把电阻电压VR放在X轴上，则电感电压VL在Y轴正向。
因为串联电路流过的电流相同，所以我们可以把电流因子约去。
由图9.1（b）可知V R V i =√VR2+VL2=√1+(ωL/R)（1）L=Rω√(Vi/VR)2−1（2）所以，只要已知R、ω、Vi ，测量VR即可求出L。
（2）LC谐振电流法测量电感如图9.2所示，我们再在RL回路中串入一个电容C。
串联电路流过各元件的电流相同，但电容上的电压落后电流90°。
我们仍把电阻上的电压作为参考量放在x轴，那么，电容电压将位于y轴的负方向。
这样电容上的电压和电感上的电压都位于y轴且方向相反。
一种特殊情况下，无论电感和电容的值是多少，总能找到一个频率使得VC=VL，由图9.2（b）看出，在y方向上的合成量为零。
这种情况称之为谐振，此时回路电流为谐振电流，用取样电阻R就得到了取样电压，此时取样信号与信号源信号同相位且为最大值，利用这个特点，我们可以测量精确电感。
由VC=VL，约去电流因子我们有XC=XL，即ωL=1（3）ωC（4）L=1ω2C可以看出，只要信号源频率、电容C已知，L就可以计算。
这种测量方式避免了测量仪表直接加在被测元件上，对于小容量电容测量很有好处，由于是比较相位，所以特别灵敏。
电感式位移传感器的设计(9页)
电感式位移传感器的设计（第1页）一、设计背景位移传感器在现代工业生产中扮演着重要角色，广泛应用于机械制造、自动化控制、航空航天等领域。
电感式位移传感器作为一种常见的位移检测装置，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
本文将详细介绍电感式位移传感器的设计过程。
二、工作原理电感式位移传感器是基于电磁感应原理设计的。
当传感器中的激励线圈通以交流电流时，会在周围产生交变磁场。
当被测物体（通常是金属目标物）进入该磁场并发生位移时，会导致磁路的磁阻发生变化，进而引起线圈感应电动势的变化。
通过检测感应电动势的变化，即可实现对位移量的精确测量。
三、设计目标1. 确保传感器具有较高的测量精度和分辨率；2. 提高传感器的线性度和稳定性；3. 优化传感器结构，使其便于安装和维护；4. 降低成本，提高传感器的性价比。
四、传感器结构设计1. 激励线圈设计（1）线圈的匝数：匝数越多，产生的磁场强度越大，但线圈电阻也会增加，导致功耗增大。
因此，需在磁场强度和功耗之间寻找平衡。
（2）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料，以提高线圈的性能。
（3）线圈的形状：根据实际应用场景，设计合适的线圈形状，使其在有限的空间内产生较强的磁场。
2. 检测线圈设计（1）线圈与激励线圈的相对位置：确保检测线圈能充分感应到激励线圈的磁场变化。
（2）线圈的匝数：匝数越多，感应电动势越大，但线圈电阻也会增加。
需在灵敏度与功耗之间进行权衡。
（3）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料。
电感式位移传感器的设计（第2页）五、信号处理电路设计1. 激励信号源（1）频率选择：激励信号的频率应适中，频率太低会导致灵敏度下降，频率太高则可能引起电磁干扰。
（2）幅值稳定：确保激励信号幅值稳定，以减少测量误差。
2. 感应电动势检测感应电动势的检测是位移测量的关键步骤。
检测电路设计如下：（1）放大电路：由于感应电动势信号较弱，需通过放大电路对其进行放大，以便后续处理。
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目录
摘要 (1)
Abstract
Abstract Abstract
Abstract (2)
1．绪论 (4)
1．1 引言
1．2 传感器介绍 (5)
1．3 研究的基本内容，拟解决的主要问题 (6)
2．整体的方框图与工作原理 (8)
3．各个单元电路的设计 (8)
3．1 8051单片机简介 (8)
3．2 电感式位移传感器的基本原理 (12)
3．3 电感测头的结构 (14)
3．4 正弦波电路的设计 (14)
3．5零点残余电压的调整 (16)
3．6交流放大电路 (17)
3．7相敏检波电路 (18)
3．8 A/D转换及显示电路 (19)
4．软件部分的设计
4．1本系统设计的程序流程图 (22)
4．2单片机8051的C语言程序清单 (22)
4、致谢 (24)
5、参考文献 (25)
摘要
随着现代制造业的规模逐渐扩大，自动化程度愈来愈高。
要保证产品质量，
对产品的检测和质量管理都提出了更高的要求。
我们为此要设计一种精度的检测位移的仪器。
电感测微仪是一种分辨率极高、工作可靠、使用寿命很长的测量仪, 应用于微位移测量已有比较长的历史.国外生产的电感测微仪产品比较成熟,精
度高、性能稳定,但价格昂贵.国内生产的电感测微仪存在漂移大、工作可靠性不
高、高精度量程范围小等问题,一直与国外的传感器水平保持一定的差距.在超精
密加工技术迅猛发展的今天,这种测量精度越来越显得不适应加工技术发展的需
求.该文针对这些问题,对电感传感器测量电路进行了一定的设计和改进.对电感
测微仪的正弦波生成电路、交流放大电路、带通滤波电路、相敏检波电路等进行
了分析和相应的设计。
关键词:
正弦波发生器，相敏检波，零点残余电压。
ABSTRACT A New high piracies inductance sensor is developed. This sensor consist s of a high piracies inductance probe and signal processing
circuit . The circuit adopt speak sampling technique and direct digital output interface to substitute the conventional phase frequency detection technique and analog output interface. The non2linearity is also decreased. In addition ,the circuit adopts frequency and ampli2
tube stabilizing technique too. The accuracy and stability of the sensor circuits also increased greatly.
Key Words :
Key Words :Key Words :
Key Words : inductance sensor, self-fixed amplitude circuit,
digital phase sensitivity detection, digital filter, static
testing
绪论
1.1引言测量技术是实现超精加工的前提和基础。
精密加工和超精密加工过程中不仅要对工件和表面质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度，如果
没有权威性的测控技术和仪器，就不能证实所达到的加工质量。
加工和检测是不
可分的，测量是对加工的支持，无论多么精密的加工，都必须用更为精密的测量
技术作保障。
因此，位移测量的精密和超精密测量已经成为整个超精密加工体系
中一项至为关键的技术。
检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。
任何生产过程都可以看作是“物流”和“信息流”组合而成，反映物流的数量、
状态和趋向的信息流则是人们管理和控制物流的依据。
人们为了有目的地进行控
制，首先必须通过检测获取有关信息，然后才能进行分析判断以便实现自动控制。
所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人来完成检测、分析、判断和控制
工作。
一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息获取、信息转换、信
息处理、信息传送及信息执行等功能。
在实现自动化的过程中，信息的获取与转
换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将被控对象的各项参数检测出来并转
换成易于传送和处理的信号，整个系统才能正常地工作。
因此，自动检测与转换
是自动化技术中不可缺少的组成部分。
检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟
式、数字式向智能化方向发展。
带有微处理机的各种智能化仪表已经出现，这类
仪表选用微处理机做控制单元，利用计算机可编程的特点，使仪表内的各个环节
自动地协调工作，并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表，把检
测技术自动化推进到一个新水平。
1.2传感器介绍传感器是获取被测量信息的元件，其质量和性能的好坏直接影响到测量结果
的可靠性和准确度，衡量其质量的特性有许多，主要包括静态和动态两个方面。
当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为输入量和输出量都和时间无关。
表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定
的性能参数为静态特性；当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输人量和输出
量之间的动态关系。
这时，表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微分方程，
与被测量相对应的输出响应特性称为动态特性。
位移传感器主要有以下几种：电容式位移传达室感器、差动式电感受式位移传感器和电阻应变式位移传感器一般用于小位移的测量（几微米至毫米）；差动
变压器用于中等位移的测量，这种传感器在工业测量中应用得最多；电阻电位器
式传感器适用于较大范围位移的测量，但精度不高；感应同步器、光栅、磁栅、
激光位移传感器等用于精密检测系统的位移的测量，测量精度高（可达1pm )量
程也可大到几米。
电容式位移传感器根据被测物体的位移变化转换为电容变化的一种传感器，
一般用于高频振动微小位移的测量，与电位式、电感式等多种位移传感器相比，
它的优点是：结构简单；能实现非接触测量，只要极小的输入力就能使支极板移
动，并且在移动过程中没有摩擦和反作用力；灵敏度高、分辨力强，能敏感±
0.01um甚至更小的位移；动态响应好；能在恶劣环境中（高、低温，各种形式的
辐射等）工作。
但它也存在着一些缺点，主要是输出特性的非线性和对绝缘电阻
要求比较高，为了克服寄生电容的影响，降低电容的内阻，要求对传感器及输出
导线采取屏蔽措施和采用较高的电源频率等。
光栅是一种新型的位移检测元件，是把位移变为数字量的位移-数字转换装
置。
它主要用于高精度直线位移和角位移的数字检测系统。
其测量精确度高（可
达1um）光栅传感器具有抗电磁干扰、耐久性好、准分布式传感、绝对测量、尺
寸小、灵敏度高、精度高、频带宽、信噪比高等优点，是结构局部健康监测最理
想的智能传感元件之一，可以直接或间接（通过某种封装或灵巧装置）监测应变、
温度、裂缝、位移、振动、腐蚀、应力等物理量，部分取代传统的测试手段，广
泛用于土木工程、航空航天工业、船舶工业、电力工业、石油化工、核工业、医
学等领域。
电感式位移传感器是把被测移量转换为线圈的自感或互感的变化，从而实现
位移的测量的一类传感器。
它具有灵敏度高、分辨力大，能测出±0.1um甚至更
小的线性位移变化和0.1度的角位移,输出信号比较大,电压灵敏度一般每毫米可
达几百毫伏,因此有利于信号的传输.测量范围为±25um-50mm,测量精度与电容
式位移传达室感器差不多,但是它的频率响应较低,不宜于高频动态测量。
1.3研究的基本内容，拟解决的主要问题：该智能电感测微仪的硬件电路主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大
器、相敏检波器及单片机系统。
正弦波振荡器为电感式传感器和相敏检波器提供
了频率和幅值稳定的激励电压，正弦波振荡器输出的信号加到测量头中。
工件的
微小位移经电感式传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发
生相对的变化。
当衔铁处于两线圈的中间位置时，两线圈的电感量相等，电桥平。