传感器综述及电感式位移传感器分析
传感器与测试技术作业题第五章
第五章电感式传感器 思考题： 1、说明变气隙型电感传感器、差动变压器式传感器和涡流传感器的主要组成、工作原理和基本特性。 答： a)变气隙型电感传感器主要由线圈、铁心、衔铁三部分组成的。线圈是套在铁心上的，在铁心与衔铁之间有一个空气隙，空气隙厚度为δ。传感器的运动部分与衔铁相连。当外部作用力作用在传感器的运动部分时，衔铁将产生位移，使空气隙δ发生变化，磁路磁阻R m发生变化，从而引起线圈电感的变化。线圈电感L的变化与空气隙δ的变化相对应，这样只要测出线圈的电感就能判定空气隙的大小，也就是衔铁的位移。 b)差动变压器式传感器主要由铁心、衔铁和线圈组成。线圈又分为初级线圈（也称激励线圈）和次级线圈（也称输出线圈）。上下两个铁心及初级、次级线圈是对称的。衔铁位于两个铁心中间。上下两个初级线圈串联后接交流激磁电压1，两个次级线圈按电势反相串联。它的优点是灵敏度高，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移。缺点是示值范围小，非线性严重。 c)涡流传感器的结构很简单，有一个扁平线圈固定在框架上构成。线圈用高强度漆包线或银线绕制而成，用粘合剂站在框架端部，也可以在框架上开一条槽，将导线绕在槽内形成一个线圈。涡流传感器的工作原理是涡流效应，当一块金属导体放置在一变化的磁场中，导体内就会产生感应电流，这种电流像水中漩涡那样在导体内转圈，所以称之为电涡流或涡流。这种现象就称为涡流效应。涡流传感器最大的特点是可以实现非接触式测量，可以测量振动、位移、厚度、转速、温度和硬度等参数，还可以进行无损探伤，并且具有结构简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、体积小等优点。 2、为什么螺管型电感传感器比变气隙型电感传感器有更大的测位移范围？ 答：变气隙型灵敏度高，因为原始气隙δ0一般取得很小（0.1~0.5mm），当气隙变化为△δ=1μm时，电感的相对变化量△L/L0可达0.01~0.002，因而它对处理电路的放大倍数要求低。它的主要缺点是非线性严重，为了减小非线性，量程就必须限制在较小范围内，通常为气隙δ0的1/5以下，同时，这种传感器制造装
电感式位移传感器(中文)
恒流源向线圈双向充电的电感式位移传感器 引言 没有正弦信号激励，只采用开关方式测量电容值，可以测量的电容值在pF 以下[1-3]。并用这种方法设计 的电容式传感器也很多[4-6] 。其中有恒压信号向小电容充电的用法[6]，这种用法最初出现在开关电容滤波电路中。而电感值的测量及其电感式传感器，包括差动变压器仍在采用正弦信号激励的方式[7-12]。有的电感式传感器在正弦激励的基础上引入开关方式，但在电路中仍然加电容与电感谐振[13-16]。电感与电容在电磁场中关系紧密，在电路中是对偶关系[17]。本文介绍采用开关电路以恒流源向电感线圈充电，只经过二极管放电来测量电感值的方法，采用双向充电来减少变差，实现了电感式位移量的测量。 1 测量原理 采用开关电路以恒流源电路向电感充电，只经过 二极管放电的测量电感值的原理如图1所示，图中S 和D 构成互补开关，S 闭合时电流源I s 向被测电感充电，时间足够长使电感中的电流达到稳定值s i I =，而且有磁通链x s L I ψ=，L s u D C R I =?。由于被测电感的性质，充电初期I s 是变的，I s 是恒流源电路，充电后期达到的平稳状态是恒流源性质，这样u L 是自由可变的。S 断开时，电感中储存的磁通链对应的电动势经二极管D 放电，这时的电感电压是二极管D 的正向压降L D P u U =-，如果不考虑电压的符号，对应的电感电流从I 1下降到I 2所释放的磁通链为12()x D P D L I I U t ψ?=-=?，所以有如下关系式 12 DP D U Lx t I I = - (1) 其中t D 是二极管稳定正向导通的时间，当I s 一定时，I 1是确定的；当D 一定时，I 2也是确定的，并且要求放电电流线性下降，这用示波器可以看到。D P U 、I 1和I 2为常数，则测量出t D 就可用电桥标定出电感值L x 。过了这段时间，磁场能量不足以击穿D 的PN 结，而与结电容构成LC 阻尼振荡，直至磁场能量释放完毕。 适当的设置S 的开关周期和占空比保证充电时间足够长，以致充电达到稳定状态，只要放电时间大于t D 就可以用检测电路及单片机测量出t D ，再用式（1）计算出电感值L x 。 式（1）与电容充放电的电路存在对偶性质。式（2） 图1 测量电感值的原理图 是电容值的计算公式[1] ，其中t ?是电容电压从U 1下降到U r 的时间。式（2）的恒流源电路I o 越小，可以测量的电容值就越小，对偶地对应式（1）是U D 越小，可以测量的电感值越小。 1o r I C t U U = ?- (2) 2 恒流源双向充电 测量电感器的电感值，只在几秒钟便完成，但要做成电感式传感器，其电感长期工作在一个方向的励磁，将会出现剩磁并影响传感器的性能，而且正行程与反行程的变差大。如图2所示。因而要采用双向充电的方式。 电路如图3所示，其中S1—S4构成对电感L x 的双向充放电的开关，开关逻辑如表1所示，其中E1和E2分别是输出信号u 1和u 2的输出使能，也就是在放 u L I s D S
位移传感器的主要分类
位移传感器的主要分类 根据运动方式 直线位移传感器： 直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号。 为了达到这一效果，通常将可变电阻滑轨定置在传感器的固定部位，通过滑片在滑轨上的位移来测量不同的阻值。传感器滑轨连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，滑片和始端之间的电压，与滑片移动的长度成正比。将传感器用作分压器可最大限度降低对滑轨总阻值精确性的要求，因为由温度变化引起的阻值变化不会影响到测量结果。 角度位移传感器： 角度位移传感器应用于障碍处理：使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达角度传感器构造运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它：在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。 根据材质 电位器式位移传感器：它通过电位器元件将机械位移转换成与之成线性或任意函数关系的电阻或电压输出。普通直线电位器和圆形电位器都可分别用作直线位移和角位移传感器。但是，为实现测量位移目的而设计的电位器，要求在位移变化和电阻变化之间有一个确定关系。图1中的电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。物体的位移引起电位器移动端的电阻变化。阻值的变化量反映了位移的量值，阻值的增加还是减小则表明了位移的方向。通常在电位器上通以电源电压，以把电阻变化转换为电压输出。线绕式电位器由于其电刷移动时电阻以匝电阻为阶梯而变化，其输出特性亦呈阶梯形。如果这种位移传感器在伺服系统中用作位移反馈元件，则过大的阶跃电压会引起系统振荡。因此在电位器的制作中应尽量减小每匝的电阻值。电位器式传感器的另一个主要缺点是易磨损。它的优点是：结构简单，输出信号大，使用方便，价格低廉。 霍耳式位移传感器：它的测量原理是保持霍耳元件（见半导体磁敏元件）的激励电流不变，并使其在一个梯度均匀的磁场中移动，则所移动的位移正比于输出的霍耳电势。磁场梯度越大，灵敏度越高；梯度变化越均匀，霍耳电势与位移的关系越接近于线性。图2中是三种产生梯度磁场的磁系统：a系统的线性范围窄，位移Z=0时，霍耳电势≠0；b系统当Z<2毫米时具有良好的线性，Z=0时，霍耳电势=0；c系统的灵敏度高，测量范围小于1毫
电感式传感器习题及解答
第5章电感式传感器 一、单项选择题 1、电感式传感器的常用测量电路不包括（）。 A. 交流电桥 B. 变压器式交流电桥 C. 脉冲宽度调制电路 D. 谐振式测量电路 2、电感式传感器采用变压器式交流电桥测量电路时，下列说法不正确的是（）。 A. 衔铁上、下移动时，输出电压相位相反 B. 衔铁上、下移动时，输出电压随衔铁的位移而变化 C. 根据输出的指示可以判断位移的方向 D. 当衔铁位于中间位置时，电桥处于平衡状态 3、下列说法正确的是（）。 A. 差动整流电路可以消除零点残余电压，但不能判断衔铁的位置。 B. 差动整流电路可以判断衔铁的位置，但不能判断运动的方向。 C. 相敏检波电路可以判断位移的大小，但不能判断位移的方向。 D. 相敏检波电路可以判断位移的大小，也可以判断位移的方向。 4、对于差动变压器，采用交流电压表测量输出电压时，下列说法正确的是（）。 A. 既能反映衔铁位移的大小，也能反映位移的方向 B. 既能反映衔铁位移的大小，也能消除零点残余电压 C. 既不能反映位移的大小，也不能反映位移的方向 D. 既不能反映位移的方向，也不能消除零点残余电压 5、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有（）。 A．直流电桥B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 6、通常用差动变压器传感器测量（）。 A．位移B．振动C．加速度D．厚度 7、差动螺线管式电感传感器配用的测量电路有( )。 A．直流电桥B．变压器式交流电桥 C．差动相敏检波电路D．运算放大电路 二、多项选择题 1、自感型传感器的两线圈接于电桥的相邻桥臂时，其输出灵敏度（）。 A. 提高很多倍 B. 提高一倍 C. 降低一倍 D. 降低许多倍 2、电感式传感器可以对（）等物理量进行测量。
位移传感器(中英对照)
位移传感器又称为线性传感器，它分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，位移传感器超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器。电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。 简介 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。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。 位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛的应用。 原理 计量光栅是利用光栅的莫尔条纹现象来测量位移的。“莫尔”原出于法文Moire，意思是水波纹。几百年前法国丝绸工人发现，当两层薄丝绸叠在一起时，将产生水波纹状花样；如果薄绸子相对运动，则花样也跟着移动，这种奇怪的花纹就是莫尔条纹。一般来说，只要是有一定周期的曲线簇重叠起来，便会产生莫尔条纹。计量光栅在实际应用上有透射光栅和反射光栅两种；按其作用原理又可分为辐射光栅和相位光栅；按其用途可分为直线光栅和圆光栅。下面以透射光栅为例加以讨论。透射光栅尺上均匀地刻有平行的刻线即栅线，a为刻线宽，b为两刻线之间缝宽，W=a+b称为光栅栅距。目前国内常用的光栅每毫米刻成10、25、50、100、250条等线条。光栅的横向莫尔条纹测位移，需要两块光栅。一块光栅称为主光栅，它的大小与测量范围相一致；另一块是很小的一块，称为指示光栅。为了测量位移，必须在主光栅侧加光源，在指示光栅侧加光电接收元件。当主光栅和指示光栅相对移动时，由于光栅的遮光作用而使莫尔条纹移动，固定在指示光栅侧的光电元件，将光强变化转换成电信号。由于光源的大小有限及光栅的衍射作用，使得信号为脉动信号。 信号处理 辨向原理 在实际应用中，位移具有两个方向，即选定一个方向后，位移有正负之
怎么判断位移传感器的好坏
怎么判断位移传感器的好坏 现代位移传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用位移传感器，是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当位移传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于位移传感器的选用是否合理。 1、根据测量对象与测量环境确定位移传感器的类型 要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的位移传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的位移传感器可供选用，哪一种原理的位移传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和位移传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小;被测位置对位移传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法，有线或是非接触测量;位移传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研制。 在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的位移传感器，然后再考虑位移传感器的具体性能指标。 2、灵敏度的选择 通常，在位移传感器的线性范围内，希望位移传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，位移传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的厂扰信号。位移传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的位移传感器;如果被测量是多维向量，则要求位移传感器的交叉灵敏度越小越好。 3、频率响应特性 位移传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上位移传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。
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姓名祖景瑞学号 主要内容： 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范围内位移的测量，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].南京：东南大学出版社，2006：68-69. [2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：5-9. [3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业出版社，2007: 48-50. [4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2002:80-90.完成期限—
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。 关键词：电感式传感器；自感式传感器；测量位移；位移传感器
课程设计差动变压器位移传感器
摘要 ------差动变压器位移传感器的基本知识介绍传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大等。 电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或互感变化的机电转换装置。它也常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。 电感式传感器的种类很多。根据传感器转换原理不同，可分为自感式、互感式、涡流式、压磁式和感应同步器等。根据结构形式不同，可分为气隙式和螺管式两种。根据改变的参数不同，又可分为变气隙厚度式、变气隙面积式、变铁芯导磁率式三种。 电感传感器具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨率高；测量精度高，线性好；性能稳定，重复性好；输出阻抗小，输出功率大；抗干扰能力强，适合在恶劣环境中工作。电感传感器的缺点是：频率低，动态响应慢，不宜作快速动态测量；存在交流零位信号；要求附加电源的频率和幅值的稳定度高；其灵敏度、线性度和测量范围相互制约，测量范围越大，灵敏度越低。 关键字：相敏检波转换电路差动变压器
目录 第一章螺线管式差动变压器传感器---------------------3 1）工作原理-------------------------------------------3 2)特性分析---------------------------------------------4 第二章差动变压器的测量电路---------------------- ---5 1）差动整流电路及其仿真--------------------------5 2）相敏检波电路及其仿真--------------------------7 3）零点残余误差补偿--------------------------- ----9 第三章差动变压器的改进-------------------------------10 1)接放大器---------------------------------------------10 2)接低通滤波器---------------------------------------11 第四章设计总结------------------------------------- -----13 参考文献------------------------------------- -----13
差动变压位移传感器.
lvdt位移传感器是目前位移测量当中广泛应用的传感器之一,在很多应用领域占有重要地位。 lvdt位移传感器工作原理 LVDT(差动变压器位移传感器为电磁感应原理,与传统的电力变压器不 同,LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成,初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上,线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。用不同线径的漆包线,在骨架上绕制一组初级线圈,两组次级线圈,其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动,当初级线圈供给一定频率的交变电压时,铁芯在线圈内移动就改变了空间的磁场分布,从而改变了初、次级线圈之间的互感量,次级线圈就产生感应电动势,随着铁心的位置不同,互感量也不同,次级产生的感应电动势也不同,这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。 lvdt位移传感器主要特点: 1、使用寿命长:由于铁芯和线圈内壁存在间隙,铁芯在运动的时候与线圈不接触,无摩擦损耗;同时采用优良的生产工艺把骨架和所绕漆包线两者固化为一整体,不会产生断线,开裂等故障,加上其它的优化设计,因此传感器的使用寿命理论上可以是无限的,据国外某机构测试此类传感器的MTBF可达到30万小时,在实际的正常使用中可达到数十年,其最终故障往往是人为造成或变送器电路元器件的寿命决定的。 2、多样的环境适应性:LVDT是少数几种可以应用在多种恶劣环境下的位移传感器,通过特殊方式进行密封处理的传感器可以防潮、防盐雾,可以放置于承压的液体中、气体密闭容器中,甚至于某些腐蚀性环境中,对核辐射电磁辐射干扰不敏感,能抗振动,具有较宽的工作温度范围-25℃~85℃和满足国军标—55℃~125℃工作温度。机电分体的位移传感器单独使用可以在200℃下工作。 3、响应速度快:基于非接触测量的实现,对于某些快速运动物体的冲击振动测量,此类传感器可以提供很宽的频率响应。
差动变压器位移传感器
课程设计任务书
目录 1摘要 (2) 2引言 (4) 3.螺线管式差动变压器传感器 (4) 3.1差动变压器式传感器简介 (4) 3.2 工作原理 (4) 4.差动变压器的测量电路及其仿真 (6) 4.1差动整流电路 (7) 4.2相敏检波电路： (9) 4.3零点残余误差补偿 (13) 5.差动变压器位移传感器的改进 (14) 5.1差动电压接放大器电路及其仿真 (14) 5.2整流信号接滤波电路 (15) 6.使用器件清单 (17) 7 总结 (17)
1.摘要 ------差动变压器位移传感器的基本知识介绍 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大等。 电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或互感变化的机电转换装置。它也常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。 电感式传感器的种类很多。根据传感器转换原理不同，可分为自感式、互感式、涡流式、压磁式和感应同步器等。根据结构形式不同，可分为气隙式和螺管式两种。根据改变的参数不同，又可分为变气隙厚度式、变气隙面积式、变铁芯导磁率式三种。 电感传感器具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨率高；测量精度高，线性好；性能稳定，重复性好；输出阻抗小，输出功率大；抗干扰能力强，适合在恶劣环境中工作。电感传感器的缺点是：频率低，动态响应慢，不宜作快速动态测量；存在交流零位信号；要求附加电源的频率和幅值的稳定度高；其灵敏度、
互感式电感传感器——差动变压器性能测试试验目的1了解差动
互感式电感传感器——差动变压器性能测试 一、实验目的： 1、了解差动变压器原理及工作情况； 2、说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿； 3、了解差动变压器测量系统的组成和标定方法； 4、了解差动变压器的实际应用。 二、实验内容： 1、差动变压器的性能实验； 2、差动变压器零残余电压的补偿实验； 3、差动变压器的标定实验； 4、差动变压器的应用实验（振幅测量、电子称） （一）差动变压器的性能实验 实验单元及附件： 音频振荡器测微头示波器主、副电源差动变压器振动平台。 旋钮的初始位置： 音频振荡器4KHz~8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭,示波器第二通道为悬浮工作状态。实验原理： 差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图4-1。 实验步骤： （1）根据图4-2接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。 （2）用手提压差动变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改
变两个次级线圈的串接端。 图4-1 图4-2 （3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。 （4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。 思考题： （1）根据实验结果，指出线性范围。 （2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？ （3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么？由于什么原因造成？ （二）差动变压器零残余电压的补偿实验 实验单元及附件： 音频振荡器测微头电桥差动变压器差动放大器双踪示波器振动平台 主、副电源。
思考题与习题 第3章
思考题与习题 3—1 试述变隙式电感传感器的结构、工作原理和输出特性。差动变隙式传感器有哪些优点? 3—2 为什么螺管式电感传感器比变隙式电感传感器有更大的位移范围? 3—3 如何提高螺管式电感传感器的线性度和灵敏度? 3—4 电感式传感器和差动变压器传感器的零点残余误差是怎样产生的?如何消除? 3—5 差动螺管式电感传感器与差动变压器传感器有哪些主要区别? 3—6 电感式传感器和差动变压器式传感器测量电路的主要任务是什么?变压器式电桥和带相敏检波的交流电桥，谁能更好地完成这一任务?为什么? 3—7 电感传感器测量的基本量是什么?请说明差动变压器加速度传感器和电感式压力传感器的基本原理? 3—8 差动变压器传感器的激励电压与频率应如何选择? 3—9 什么叫电涡流效应?什么叫线圈一导体系统? 3—10 概述高频反射式电涡流传感器的基本结构和工作原理?并说明为什么电涡流传感器也属于电感式传感器? 3—11 使用电涡流传感器测量位移或振幅时，对被测物体要考虑哪些因素?为什么? 3—12 电涡流的形成范围包括哪些内容?它们的主要特点是什么? 3—13 被测物体对电涡流传感器的灵敏度有何影响? 3—14 简述电涡流传感器三种测量电路(恒频调幅式、变频调幅式和调频式)的工作原理。 3—15 某差动螺管式电感传感器(参见图3-15)的结构参数为单个线圈匝数W=800匝，l=10mm，l c=6mm，r=5mm，r c=1mm，设实际应用中铁芯的相对磁导率μr=3000，试求： (1)在平衡状态下单个线圈的电感量L0=?及其电感灵敏度足K L=? (2)若将其接人变压器电桥，电源频率为1000Hz，电压E=1.8V，设电感线圈有效电阻可忽略，求该传感器灵敏度K。 (3)若要控制理论线性度在1％以内，最大量程为多少? 图3-15 差动螺管式电感传感器习题图3-16 3—16 有一只差动电感位移传感器，已知电源电U sr=4V，f=400Hz，传感器线圈铜电阻与电感量分别为R=40Ω，L= 30mH，用两只匹配电阻设计成四臂等阻抗电桥，如习题3—16图所示，试求： (1)匹配电阻R3和R4的值；
差动变压器式位移传感器lvdt设计原理
[8] ANALOG DEVICES. LVDT signal conditioner AD598. 一、引言 差动变压器式传感器的特点是灵敏度高、分辨力大，能测出0.1um更小的机械位移变化;传感器的输出信号强，有利于信号的传输；重复性好，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，因此广泛应用于压力、位移传感器的设计制造中，尤其在航空、航天等环境恶劣、环境温度高的压力测量方面，也得到了广泛的应用。 二、方案论证 1.参数要求 给定原始数据及技术要求 1）.最大输入位移为100mm 2）灵敏度不小于80V/m 3）非线性误差不大于10% 4）零位误差不大于1mv 5）.电源为9v，400HZ 6）.最大尺寸结构为160mmX21mm 2.方案讨论 根据给定技术要求选择电感变换元件的类型及测量电路的形式，如图1所示 图1、传感器的组成框图 1）传感器电感变换元件类型的选择 （1）测量范围小，如位移零点几微米至数百微米，且当线性范围也小时，常用E形 或II形平膜硅钢片叠成的电感式传感器或差动变压器。 (2) 螺线管，常用于测量1mm以上至数百毫米的大位移，其线性范围也较大。2）测量电路的选择 测量电路主要依据选定的电感变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求来确定。 3.螺管型差动变压器的工作原理 差动输出电动势为。所以，差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差的函数。 螺管型差动变压器结构复杂，常用二节式、三节式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好。 差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以
差动变压器位移传感器
课程设计任务书 分院（系）机械工程专业机械设计制造及其自动学生姓名陈雪松学号201207024134 设计题目差动变压器位移传感器 内容及要求： （1）利用差动变压器设计位移传感器 （2）利用给定的数据设计电路图,并解释清楚原理 （3）根据设计的电路进行改进提高测量精度 （4）测位移的传感器用差动变压器 要求在课程设计报告中给出： 1)简述元器件装置的结构和电路原理图。 2)调试过程，说明发现的向题及处理过程。 3)系统调试并写出测试结果。 4)总结结论。 进度安排： 2014年11月10日—2012年12月5日 根据设计要求和内容查阅参考文献或资料，提出设计方案，进行原理设计。 2014年12月6日—2014年12月20日 根据设计方案，进行调试，测试，撰写课程设计报告。
目录 1摘要 (2) 2引言 (4) 3.螺线管式差动变压器传感器 (4) 3.1差动变压器式传感器简介 (4) 3.2 工作原理 (4) 4.差动变压器的测量电路及其仿真 (6) 4.1差动整流电路 (7) 4.2相敏检波电路： (9) 4.3零点残余误差补偿 (13) 5.差动变压器位移传感器的改进 (14) 5.1差动电压接放大器电路及其仿真 (14) 5.2整流信号接滤波电路 (15) 6.使用器件清单 (17) 7 总结 (17)
1.摘要 ------差动变压器位移传感器的基本知识介绍 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。在有些学科领域，传感器又称为敏感元件、检测器、转换器等。 通常传感器由敏感元件和转换元件组成。 其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件是指传感器中将敏感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号一般都很薄弱，因此需要有信号调理与转换电路对其进行放大等。 电感式传感器是利用电磁感应原理，将被测非电量的变化转换成线圈的自感或互感变化的机电转换装置。它也常用来检测位移、振动、力、应变、流量、比重等物理量。 电感式传感器的种类很多。根据传感器转换原理不同，可分为自感式、互感式、涡流式、压磁式和感应同步器等。根据结构形式不同，可分为气隙式和螺管式两种。根据改变的参数不同，又可分为变气隙厚度式、变气隙面积式、变铁芯导磁率式三种。 电感传感器具有以下优点：结构简单，工作可靠，寿命长；灵敏度高，分辨率高；测量精度高，线性好；性能稳定，重复性好；输出阻抗小，输出功率大；抗干扰能力强，适合在恶劣环境中工作。电感传感器的缺点是：频率低，动态响应慢，不宜作快速动态测量；存在交流零位信号；要求附加电源的频率和幅值的稳定度高；其灵敏度、
差动变压器式位移传感器
课程设计说明书 传感器课程设计 Course-Design of Sensor ——差动变压器式位移传感器 学院名称：机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 指导教师职称：教授 2012年 01月 目录
第一章绪论 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 设计任务 (1) 第二章方案论证及选择 (3) 2.1 方案论证 (3) 2.2 原理简述 (4) 第三章差动变压器 (5) 3.1 传感器结构 (5) 3.2 工作原理 (5) 第四章单元电路的分析 (6) 4.1 差动放大电路 (6) 4.2 移相电路 (9) 4.3 相敏检波电路 (10) 4.4 低通滤波电路 (11) 第五章电路测试及波形 (14) 5.1 各电路波形 (14) 5.2 位移测量数据拟合 (17) 第六章心得体会 (18) 第七章参考文献 (19) 第八章参考文献 (19) 第一章绪论
1.1 概述 当今时代是信息时代，在工业和科技领域信息主要是通过测量获得，在现代生产中，物质和能量在信息流指挥和控制下运动。测控技术正成为现代生产生活中乃至高科技领域中一项必不可少的基础技术。 测控系统主要是传感器，测量放大电路和执行机构三个部分组成，而在测控系统中测量变换电路是最灵活的部分。它的选取往往改变了整个系统性能的优劣。 所以，学习并领悟测控技术就显得十分重要了，《测试技术》是我们测控技术与仪器专业的一门专业技能课，能够运用基本测控电路知识解决日常生活中的方方面面问题也应该是本专业学生的基本素质，也鉴于这些要求，做一些测控方面的课程设计就会让我们加深对传感器技术的理解和运用，也正是因为对一些实际问题的研究，才能使我们成为真正意义上的测控技术性人才，下面就以本次才课程设计题目——差动变压器式位移传感器——做比较详细的分析。 1.2 设计任务 设计要求：掌握差动变压器式位移传感器的结构，工作原理。分析各部分电路的作用及工作原理，特别是相敏检波电路的作用，观察分析各部分的波形，给出测试结果。 第二章方案论证及选择 2.1 方案论证 差动传感器输出的是0~40mvVp-p的正弦信号,第一是比较微弱的，第二不
差动传感器原理
互感型（差动变压器式）传感器工作原理图解分析 互感型（差动变压器式）传感器图解分析互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。螺管形差动变压器螺管形差动变压器传感器由初级线圈和两个参数完全相同的次级线圈、组成。线圈中心插入圆柱形铁芯p,次级线圈、反极性串联。当初级线圈加上交流电压时，如果，则输出电压；当铁芯向上运动时，；当铁芯向下运动时，。铁芯偏 互感型（差动变压器式）传感器图解分析 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。 螺管形差动变压器螺管形差动变压器 传感器由初级线圈和两个参数完全相同的次级线圈、组成。线圈中 心插入圆柱形铁芯p,次级线圈、反极性串联。当初级线圈加上交流电压 时，如果，则输出电压；当铁芯向上运动时，； 当铁芯向下运动时，。铁芯偏离中心位置愈大，愈大 差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的极性；同时，交流电压输出存在一定的零点残余电压，使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。因此，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。 用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理
当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电 阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁芯 移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤 波后得到直流输出。由表头指示输入位移量的大小和 方向。 差动变压器式传感器的优点是：测量精度高，可达0.1μm；线性范围大，可到±100mm；稳定性好，使用方便。因而被广泛应用于直线位移，或可能转换为位移变化的压力、重量等参数的测量。 差动变压器式 互感型传感器的工作原理是利用电磁感应中的互 感现象，将被测位移量转换成线圈互感的变化。 它本身是一个变压器，其初级线圈接入交流电源，次级为感应线圈，当初级线圈的互感变化时，输出电压将作相应的变化。由于常采用两个次级线圈组成差动式，故又称差动变压器式传感器。
电感式位移传感器的设计
电感式传感器测量电路设计 学院：信自学院 姓名：xxxxx 学号：13 专业：自动化 班级：103班 2012年12月26日
目录 摘要 (3) 1.绪论 (5) 1．1 引言 (5) 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 (7) 2．整体的方框图与工作原理 (8) 3．各个单元电路设计 (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 (13) 3．3 电感测头的结构 (15) 3．4 正弦波电路的设计 (16) 3．5 零点残余电压的调整 (18) 3．6 交流放大电路 (20) 3．7 相敏检波电路 (22) 3．8 A/D转换及显示电路 (28) 4．软件部分的设计 (30) 4．1本系统设计的程序流程图 (30) 4．2单片机8051的C语言程序清单 (31)
5、参考文献 (33) 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。 电感式位移传感器实例 电感式位移传感器实例
为什么电感式传感器一般都采用差动形式
名词解释 探知的信息传递给其他装置。 能直接得到被测量值的测量方法。 通过电流的半导体在垂直电流方向的磁场作用下，在与电流和磁场垂直的方向上形成电荷积累和出现电势差的现象。 是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。 在热电偶回路中接入中间导体（第三导体），只要中间导体两端温度相同，中间导体的引入对热电偶回路总电势没有影响，这就是中间导体定律。 在缺少对称中心的晶态物质中，由电极化强度产生与电场强度成线性关系的机械变形和反之由机械变形产生电极化强度的现象。与压电效应同时还能发生电致伸缩。 测量方法是指人们认识自然界事物的一种手段。 半导体压阻效应就是压力使半导体电阻发生改变的现象。 在一根导体外面绕上线圈，并让线圈通入交变电流，那么线圈就产生交变磁场。由于线圈中间的导体在圆周方向是可以等效成一圈圈的闭合电路，闭合电路中的磁通量在不断发生改变，所以在导体的圆周方向会产生感应电动势和感应电流，电流的方向沿导体的圆周方向转圈，就像一圈圈的漩涡，所以这种在整块导体内部发生电磁感应而产生感应电流的现象称为涡流现象。 将被测量变化转换成电容量变化的传感器。 热电偶回路两接点（温度为T、T0）间的热电势，等于热电偶在温度为T、Tn时的热电势与在温度为Tn、T0时的热电势的代数和。Tn称中间温度。 某些材料在入射光子的能量足够大时有电子逸出材料表面的现象。 仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比。
选择题 2．属于传感器动态特性指标的是（ d ） A．重复性B．线性度C．灵敏度D．固有频率 5．利用相邻双臂桥检测的应变式传感器，为使其灵敏度高、非线性误差小（ c ）A．两个桥臂都应当用大电阻值工作应变片 B．两个桥臂都应当用两个工作应变片串联 C．两个桥臂应当分别用应变量变化相反的工作应变片 D．两个桥臂应当分别用应变量变化相同的工作应变片 2.( b )传感器可用于医疗上-50℃～150℃之间的温度测量。 A.金属辐射式 B.热电偶 C.半导体三极管 D.比色计 12.将电阻应变片贴在( c )上，就可以分别做成测力、位移、加速度等参数的传感器。 A.质量块 B.导体 C.弹性元件 D.机器组件 4．当变间隙式电容传感器两极板间的初始距离d增加时，将引起传感器的（B,D）。A．灵敏度增加B．灵敏度减小 C．非统性误差增加D．非线性误差减小
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姓名祖景瑞学号1206012402２２ 主要内容: 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范围内位移的测量,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]．南京:东南大学出版社，2006：68-69. ［2]王煜东. 传感器及应用[M].北京:机械工业出版社，2０05:5－9. ［3]唐文彦．传感器[M］.北京:机械工业出版社,2007： 48－5０. [4]谢志萍．传感器与检测技术[M].北京:高等教育出版社,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。 关键词：电感式传感器;自感式传感器；测量位移;位移传感器
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 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院系电气信息工程学院 专业班级测控12-2 学生姓名祖景瑞 学生学号120601240222 指导教师邹彦艳刘继承 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姓名祖景瑞学号120601240222 主要内容： 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范围内位移的测量，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].南京：东南大学出版社，2006：68-69. [2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业出版社，2005：5-9. [3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业出版社，2007: 48-50. [4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，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。 关键词：电感式传感器；自感式传感器；测量位移；位移传感器