感测技术课程设计-互感式位移检测设计

1、目 录1.绪论22.方案的论证及选择32.1方案一：基于单片机的互感式位移检测32.2方案二：差动变压电路位移检测43.单元电路模块的设计43.1位移检测电路53.2整流滤波电路63.3小信号放大电路63.4AD模数转换电路74.整体电路图85 电路的仿真与调试96 体会10参考文献111. 绪论随着计算机技术、通信技术的迅速发展，电力系统的继电保护与控制已基本实现微机化，设备体积趋向小型化，这也同样要求与继电保护和控制设备接口的外部测量部分小型化和弱电化。传感器是指能感受规定的被测量，并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。电感式传感器是利用电磁感应原理,通过线圈自感和互感的变化,实

2、现非电量电测来进行工作的, 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。它常用来测量位移、振动、压力、比重等物理参数。由于它具有结构简单、工作可靠、寿命长、使用范围广等特点,因此得到广泛的应用。目前，能够测量位移量的传感器种类很多，其中 线性变压器式位移传感器因其结构简单、测量线性范围大，在许多行业的位移测量系统中得以广泛应用。2.方案的论证及选择2.1方案一：基于单片机的互感式位移检测 该方案按照差动变压器的原理，首先需要在调理电路中一次绕组供电的电压，然后通过相敏解调电路与滤波电路，将二次电

3、压转换成直流信号，其次，信号再通过低通滤波器滤除高频杂波，经运算放大器放大后送到A/D转换，然后经单片机处理后用数码管显示。整体思路图如图2-1.51单片机数码管控制 A/D转换 转换数据 显示 模拟量输入 传感检测电路 图2-1.基于单片机的位移检测方案原理图2.2方案二:差动变压电路位移检测 该方案的整体思路为用可消除零点残留电压的差动变压电路作为测量电路，再经过整流滤波，然后再用放大电路将小信号放大后接A/D模数转换，再在数码管上显示位移变化量。大概思路流程图如图2-2A/D模数转换，数码管显示整流滤波信号放大位移检测 图2-2.差动变压电路位移检测原理图方案讨论：方案一由于采用动态扫描

4、显示电路和A/D转换，都需要单片机实时进行控制，所以系统程序的时序要求较强，同时A/转换器采样数据需要进行均值计算，将消耗大量的系统资源和运算时间，程序的各模块的逻辑和时序关系复杂。方案二思路简单明了，具体设计起来比较简易，若与所学课本知识结合起来便能如鱼得水，能深化课本知识，操作简易。综上所述，应选择方案二进行具体设计。3.单元模块电路设计及参数计算3.1位移检测电路 图3-1.位移检测电路如图3-1所示，该电路主要由差动变压器组成，差动变压器中间的铁芯接被测物体，当物体有位移量变化时，中间铁芯上下移动，当初级绕组接入交流电源后，由于互感作用两个次级绕组分别产生不等的电动势，输出电势为 图中

5、的R1和R8是为了消除零点残留电压的补偿外电路。3.2整流滤波电路 图3-2滤波整流电路如图3-2，该整流滤波电路的整流部分用的是全波整流桥，整流桥由四个二极管组成，滤波部分用的是简单的R-C滤波，将交流信号处理为直流信号，Vo0.9Vi。3.3小信号放大电路 图3-3小信号放大电路如图3-3所示，该电路主要由运放U1及R1、R2、R3组成，输入信号由R3接入该电路，该电路的电压增益为K=1+R1/R2=11.该电路能将检测电路检测的较小的交流电压放大11倍，放大成较大的交流电压，以方便后续操作。3.4 AD模数转换电路 图3-4 AD模数转换电路 如图3-4所示，该AD转换电路主要由ADC芯

6、片及74LS48芯片组成，当电压输入vin端时，ADC芯片将模拟电压信号转换成数字信号，再经过74LS48芯片译码后在数码管上显示出电压值的大小。 4.整体电路图 图4 整体电路图5.电路仿真与调试 本设计采用MULTISIM 11.0进行仿真操作，各部分电路连接完毕，按下运行开关，当铁芯处于中间部位时，用电压表测得差放电路输出端为0，数码管显示也为0。稍微移动差动放大器中铁芯的位置后固定，用示波器及电压表课测得整流滤波前后检测信号的变化，如图6-1，经观察波形可得整流滤波电路达到预期目的，再用直流电压表检测小信号放大电路放大前后的电压值，如图6-2，从图中课观测得，放大电路的放大倍数为K=1

7、1.931.094=11，和理论值相同，则说明，小信号放大电路运行正常。然后观测数码管显示电路，用直流电压表测得输出电压为12V，观测A/D转换后数码管所显示的值也为12，如图6-3，则说明AD转换部分也没有问题，位移为12个单位。 图6-1.整流滤波前后信号的变化 图6-2 小信号放大电路放大前后电压值 图6-3 数码管显示7.心得体会通过一个星期的学习与实践，我对传感器的认识有了进一步的飞跃。这些知识源于书本，在以后的实践工作的方面有着指导的意义，在日常生活中更是有着现实意义；实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就奢谈在未来的科研尤其是实验研究

8、中有所成就。在这一次的课程设计中，我锻炼了自己的实践技巧，提高了自己解决问题的能力。我觉得自己在以下几个方面与有收获：1、对传感器的理论知识有了更系统了解。我们了解到了连接电路元件的技巧、传感检测电路的工作原理与组成元件的作用等。这些知识从书本中来，更运用与实践当中，在日常生活中更是有着现实意义。 2、对自己的动手能力是个很大的锻炼。在这一次的传感与检测的课程设计中，我锻炼了自己动手技巧，提高了自己解决问题的能力。虽然在实习中会遇到难题，但是从中我学到了很多，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。参考文献1 谢自美.电子线路设计.测试.仿真.北京：高等教育出版社，2009年。2 伍时和.数字电子技术基础.北京：清华大学出版社，200