《感测技术》课程设计说明书-电感位移检测的传感系统的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 信息工程0402 指导教师： 工作单位：信息工程学院 题 目: 电感式位移检测的传感系统的设计 初始条件：变气隙长度型差动自感传感器，3位半模数转换器CC14433，LED七段数码管要求完成的主要任务: 利用变气隙长度型差动自感传感器设计电感式位移检测的传感系统1.设计测量电路、转换电路；2.自选电路结构和元件参数；3.A/D转换和显示电路推荐使用；1）3位半模数转换器（型号：CC14433或者CC7107） 2) 显示器采用LED (型号：TOS-5101BH)4.按要求撰写课程设计说明书；5.进行课程设计答辩时间安排：2007年 1月29号-30号 选题及调研 1月31号-2月1号 程序设计及调试 2月 2号-2月3号 撰写课程设计说明书 2月4号 答辩 指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目 录1 前言12 设计原理12.1放大电路的设计32.2滤波电路的设计42.3数字显示电路43 总设计图84 电路调试95 心得体会96 参考文献101.前言随着社会的发展和科学的进步，人类探知工程信息的领域和空间不断的扩展，要求信息传递的速度加快和信息处理的能力增强，因而形成了信息采集技术-之一传感技术它将成为21世纪人们在信息工程技术领域争夺的一个最高点，因而，学好感测并用与实践对我们来讲是非常必要的。 感测课程设计挑战性很大，它需要我们掌握和运用基本的感测原理及运放电路结构，各部分功能及其相互联系、相互作用，并要熟悉基本的图形知识，才能独立把电路设计出来。因而对于我们提传感与检测的实际运用具有很大的帮助，让我们对在实践中真正巩固了传感与检测技术这门重要的课程，并最大限度的发挥我们的创造性2.设计原理该设计要求传感系统将待测的非电量（位移）转换为电量，并将所得的电量转换为人可识别的形式（数码管的数字显示）。总框图如图1所示。图1 设计总框图该检测电路使用差动气隙式自感传感器，两个传感线圈在工作时的自感呈反相变化，形成差动输出，因而称之为差动自感传感器。差动自感传感器有变气隙长度型和变气隙截面积型。该检测电路选用变气隙长度型差动自感传感器，其原理图如图2所示。图2 差动自感传感器原理图（1）初态时：若结构对称，且动铁居中，则（2）动铁上移时，则（3）动铁下移时：同理可得 由上分析可得，动铁位移时，输出电压的大小和极性将跟随位移的变化而变化。该差动自感传感器等效图如图3所示。图3 差动自感传感器等效图传感器的输出信号需要经相敏检波电路的处理，将正弦信号变为正负值随动铁位移方向的不同而变化的全波检流信号。其电路图如图4所示。图4相敏检波电路（1）初态时：由于动铁居中，即，由于桥路结构对称，此时，即。（2）动铁上移时：，即，此时图示所示电流和标向为电源正半周时的流向，电源负半周时流经和的电流和方向都改变，如图中和所示；但测量电桥的输出状态不变，即无论电源正半周或负半周，输出均为0，所示表指针反转，读数为负，表明动铁在下移。（3）动铁下移时：，即，此时 2.1放大电路的设计动铁移动导致气隙长度的变化，差动自感传感器的输出随之变化。该输出需经放大电路将信号放大，放大器的输出将作为滤波电路的输入。放大电路的电路图如图5所示，运算放大器选用LH0032，工作电源电压为+20V和-20V。其中，反馈电路中用到了电感和可变电容，在最后的调试中可适当调节可变电容的电容值以达到预期的参数。图5 放大电路的电路图2.2滤波电路的设计前一级放大电路以对信号进行了放大，接下来，为了让信号变得适合数字显示电路的输入，需要让信号进一步平滑，变成恒定电压。本单元设计采用二阶型低通滤波器，主要由LH0032构成。电路原理图如图6所示。 图6滤波电路图2.3数字显示电路该单元由数字电压表构成。数字显示电路主要由三位半双积分A/D转换器CC14433、精密基准电源MC1403、CMOS BCD七段译码/驱动器CC4511、七路达林顿晶体管阵列MC1413和LED显示器TOS-5101BH组成。 三位半双积分A/D转换器CC14433CC14433是CMOS双积分式三位半A / D转换器，它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS晶体管集成在一个硅芯片上，芯片有24只引脚，采用双列直插式，其引脚排列与功能如图7所示。图7 三位半双积分A/D转换器CC14433的管脚图各引脚功能阐述如下： VAG（1脚）：被测电压VX和基准电压VR的参考地； VR （2脚）：外接基准电压（2V或200mV）输入端； C01（7脚）、C02（8脚）：外接失调补偿电容端，典型值0.1f； DU（9脚）：实时显示控制输入端，若与EOC（14脚）端连接，则每次A / D转换均显示；CP1 （10脚）、CP， （11脚）：时钟振荡外接电阻端，典型值为470K，VEE （12脚）：电路的电源最负端，接5V； VSS （13脚）：除CP外所有输入端的低电平基准（通常与1脚连接）； EOC（14脚）：转换周期结束标记输出端，每一次A / D转换周期结束，EOC 输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的二分之一； （15脚）：过量程标志输出端，当VXVR 时，输出为低电平； DS4DS1 （1619脚）：多路选通脉冲输入端，DS1对应于千位，DS2 对应于百位，DS3 对应于十位，DS4对应于个位； Q0Q3 （2023脚）：BCD码数据输出端，DS2、DS3、DS4选通脉冲期间，输出三位完整的十进制数，在DS1选通脉冲期间，输出千位0或1及过量程、欠量程和被测电压极性标志信号。CC14433时钟频率66KHz，每秒钟可进行4次A / D转换。它的使用调试简便，能与微处理机或其它数字系统兼容，广泛用于数字面板表，数字万用表，数字温度计，数字量具及遥测、遥控系统。 CMOS BCD七段译码/驱动器CC4511CC4511的管脚图如图8所示。图8 CC4511的管脚图引脚功能说明如下： A、B、C、D（7、1、2、6脚）：BCD 码输入端； a、b、c、d、e、f、g （13、12、11、10、9脚）：译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极LED数码管； LT（3脚）：测试输入端，LT“0”时译码输出全为“1”,这时数码管各段全部点亮,便可检查数码显示器的好坏。否则数码管是坏的； BI4（脚）：消隐输入端，BI“0”时译码输出全为“0”； LE（5脚）：锁定端，LE“1”时译码器处于锁定（保持）状态，译码输出保持在LE0时的数值，LE0为正常译码。 七路达林顿晶体管阵列MC1413MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。该电路内含有7个集电极开路反相器（也称OC门）。MC1413引脚排列和电路结构如图9和图10所示，它采用16引脚的双列直插式封装。每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。图9 MC1413引脚排列图 图10 MC1413电路结构图 精密基准电源MC1403MC1403是低压基准芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。其输出电压为+2.5 V 或- 25 mV，输入电压范围为4.5 V-40 V，输出电流为10 mA。芯片管脚图如图11所示，NC为空引脚。图11 MC1403芯片管脚图 LED显示器TOS-5101BH本次设计中选用四快LED显示器TOS-5101BH。在成形的测量系统中这四块显示器按次序摆在一起并封装在面板上用来显示数据的各位。其中有三块用于显示低三位数字，还有一块作为最高位数字以及负号的显示。当输入电压为正值时不显示符号位，最高位显示1或不显示；当输入电压为负值时显示符号位，最高位显示1或不显示。因此，数字显示电路所能显示的最大范围为-1999到+1999。其外观图如图12所示。图12 LED显示器TOS-5101BH LED封装组 数字显示电路总设计图如图13所示。图13数字显示电路总设计图3.总设计图为LED显示器提供驱动信号，LED显示器将测量结果显示出来。图图14 电感式位移检测传感系统总设计图4.电路调试该电路调试分为制作过程中的调试和测试前的调零。制作过程中的调试为了使放大电路的反馈达到最佳值，在反馈回路中串联着一个可变电容器，调节可变电容器的电容值，即可弥补反馈回路中电感的参数误差，使放大电路在保持足够增益的情况下，输出得以稳定。测试前的调零为了使动铁处于初始位置时，数字显示电路能够显示零，在测试之前应调节电位器Rx到合适的值。除此之外，还可使数字显示电路的显示结果与被测量之间有一定的倍数关系（一般是10的N次方），以方便读数。5.心得体会几天的课程设计就在忙碌中匆匆度过，对于这次的感测设计，总的来说基本完成了课设的任务要求。回顾起此次传感器课程设计，可以说学到很多很多的的东西：通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到了一些在学习课本知识时没遇到的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计之后，不仅巩固了自己平时学的知识，而且也让自己学到了许多的上课学不到的知识，对自己的专业知识有相当大的帮助！这次课程设计终于顺利完成了，在设计的过程中，付出辛劳与汗水的同时，对知识的理解程度以及动手能力也得到了很大提高。在此，也感谢为我提供了帮助的同学与老师。6.参考书目1 戴焯.传感与检测技术.