[毕业论文]电感式位移传感器的设计
电感式传感器的设计
（3-2）
通常气隙磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻， 即
2 l1 0 S0 1S1 2 l2 0 S0 2 S2
则式（3-2）可写为
（3-3）
2 Rm 0 S0
W 2 W 2 0 S0 L Rm 2
（3-4）
联立式（3-1）及式（3-4）， 可得 （3-5）
线圈的阻抗变化与导体 的电导率、磁导率、几何 形状，线圈的几何参数， 激励电流频率以及线圈到 被测导体间的距离等因素 有关。
R
1
M
R
2
U
·
1
I
·
1
I
L
1
·
2
L
2
其等效电路如上图所示，R1、L1为传感器线圈的 电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电 阻为R2、电感为L2。线圈与导体间存在一个互感M， 它随线圈与导体间距的减小而增大。 线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互 感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的 变化而改变的。
消除了零点残余电压 若u21≠u22
●
●
●
c
R1
●
I1 I2
●
aห้องสมุดไป่ตู้
●
mA
●
b
R2
●
d
●
全波电流输出型差分整流电路
（2）铁芯上移（u21>u22）： Uac>Uda 则ImA=I1－I2>0
（3）铁芯下移(u21<u22)： Uac<Uda 则ImA=I1－I2<0 判别了位移方向和大小
同理，半波电流
差动变压器等效电路
差动变压器原理动画演示
问题： ①零点残余电压E0 ②超过一定范围为非 差动变压器输出特性
传感器综述及电感式位移传感器分析
传感器综述测量两类位移：线位移,物位移传感器分类：电涡流式激光式精密电阻式、电容式、电感式小位移变压器式中位移电位器式大位移电容传感器：把位移的变化换作电容的变化进行制作的。
适合高频测量。
优点：它具有灵敏度高、能实现非接触量的测量，而且可以在恶劣场合下工作。
缺点：输出特性的非线性，对绝缘电阻要求比较高。
对连接线缆有很高的要求，它要有屏蔽性能；而且最好选用高频电源用来供电。
目前状况：现在做的最好的电容式位移传感器可以测量0.001 微米的位移，误差非常小。
电感传感器：将测量量换作线圈自感或互感的变化的传感器。
线位移，角位移都可测。
优点：灵敏度高；输出信号比较大，因此有利于信号的传输缺点：频率响应较低,不宜于高频动态测量。
常用的：1、变气隙型中电感的变化与传感器中活动衔铁的位移相对应。
2、变面积型是用铁芯与衔铁之间重合面积的变化来反映位移。
3、螺管型是衔铁插入长度的变化导致电感变化的原理。
变压器式传感器：线圈中感应电动势随着位移的变化而变化。
优点：灵敏度都很高，有时都不用放大器。
缺点：在于质量一般比较大，不应用于高频场合。
电涡流式传感器：基于电涡流效应，它的感应参数是阻抗的变化，尽量使阻抗是位移的函数，它还与被测物体的形状跟尺寸有关。
量程一般在0 到80 毫米。
电阻式传感器：通过测量变化的电阻值来计算位移的变化。
电位器式：适合测量位移大、精度要求不高的场合。
应变式：利用电阻应变效应，它具有线性度跟分辨率都比较高，失真小的优点。
电感式位移传感器分析一、硬件组成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，电桥平衡。
当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下线圈的电感量则增加。
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。
电感式位移传感器的设计
电感式位移传感器的设计摘要：针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种新的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系统中。
一、引言（一）传感器的定义国家标准 GB7665- 87 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
”传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
（二）传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到纳米的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到秒的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理位移传感器是一种用于测量物体位移或者位置的设备，广泛应用于工业自动化、机械创造、航空航天等领域。
它能够将物体的位移转化为电信号输出，提供准确的位移测量数据，为工程师和研究人员提供重要的参考信息。
一、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的技术原理，常见的包括电阻式、电容式、电感式、光电式和霍尔效应式等。
以下将分别介绍这些工作原理。
1. 电阻式位移传感器电阻式位移传感器利用电阻值的变化来测量位移。
它通常由一个电阻元件和一个滑动触点组成。
当物体发生位移时，滑动触点会相应地改变与电阻元件之间的接触面积，从而改变电阻值。
通过测量电阻值的变化，可以确定物体的位移。
2. 电容式位移传感器电容式位移传感器利用电容值的变化来测量位移。
它由两个电极之间的电介质组成，当物体发生位移时，电介质的相对位置会发生改变，从而改变电容值。
通过测量电容值的变化，可以确定物体的位移。
3. 电感式位移传感器电感式位移传感器利用电感值的变化来测量位移。
它由一个线圈和一个磁铁组成，当物体发生位移时，磁铁的位置相对于线圈会发生改变，从而改变电感值。
通过测量电感值的变化，可以确定物体的位移。
4. 光电式位移传感器光电式位移传感器利用光的传输和接收来测量位移。
它由一个光源和一个光敏元件组成，当物体发生位移时，光线的传输路径会发生改变，从而改变光敏元件接收到的光强度。
通过测量光强度的变化，可以确定物体的位移。
5. 霍尔效应式位移传感器霍尔效应式位移传感器利用霍尔元件的特性来测量位移。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的半导体器件，当物体发生位移时，磁场的强度和方向会发生改变，从而改变霍尔元件的输出电压。
通过测量输出电压的变化，可以确定物体的位移。
二、应用领域位移传感器广泛应用于各个领域，以下列举几个常见的应用领域。
1. 工业自动化在工业自动化领域，位移传感器被用于监测机器人的位置和姿态，实现精确的定位和运动控制。
它还可以用于测量生产线上的物体位置，确保生产过程的准确性和稳定性。
第2章位移检测传感器之电感式
根据鼓励频率不同分为
高频反射式涡流传感器 — 自感型 低频透射式涡流传感器 — 互感型
（三）涡流式位移传感器
➢ 涡流旳大小与金属体旳电阻率ρ、磁导率μ、 厚度t以及线圈与金属体旳距离x、线圈旳鼓励 电流强度i,角频率ω等有关。假如固定其中某 些参数，就能由电涡流旳大小测量出另外某些 参数。
➢ 涡流位移传感器在金属体上产生旳涡流，其渗 透深度与传感器线圈旳鼓励电流旳频率有关， 所以涡流位移传感器主要分为高频反射和低频 透射两类，前者应用较广泛。
L
L0
L
N 20S0 2(0
)
L0
1
0
变气隙型自感传感器
当Δδ/δ0<<1时：
L
L0
L
L0 1
0
0
2
0
3
可求得电感增量ΔL和相对增量ΔL/L0旳体现式，即
L
L0
0
1
0
0
2
L L0
0
1
0
0
2
对上式作线性处理，即忽视高次项后，可得
差动变压器式位移传感器
互感位移传感器常采用差动形式，即两个二次 线圈采用差动接法，故又称为差动变压器式位 移传感器。
➢差动变压器式位移传感器有变隙式、变面积式和 螺管式等。
非电量测量中，应用最多旳是螺管式差动变压器， 它能够测量范围内旳机械位移，并具有测量精度高、 敏捷度高、构造简朴、性能可靠等优点
1. 工作原理与构造
一般气隙旳磁阻远不小于铁芯和衔铁旳磁阻 2 l 0S0 S
则Rm
2 0 s0
L N 2 N 20s0
Rm
2
1. 工作原理与构造
L N 2 N 20s0
最新的电感式线性位移传感器
［１］ 陆德 民 ， 张振 基 ， 步 余 ． 油 化 工 自动 控 制 设 计 手 册 ［ ． 黄 石 Ｍ］
３版． 京 ：化 学 工业 出版 社 ， ０ ０ 北 ２０．
［ 中 国 石 油化 工 总 公 司 自控设 计 中心 站 ． ＨＢ ２ ５ １ ９ 仪 ２］ Ｓ 一 ０— ９５ 表 回 路 图Ｅ ］ 北 京 ：中 国石 化 出版 社 ，９ ５ ｓ． １９． ［３］ （ 日）古 川 顺 平 ， 周 宁．Ｅ ｃｌ含 ＶＢ 数 据 管 理 从 入 门 到 ｘ ｅ（ Ａ）
Ｐｏ ｒｍｍｅ’ Ｒｅｅｅ ｃ￣ ． Ａ： ｒｓ，０ ５ ｒｇａ ｒ ｆｒｎｅＭ］ ＵＳ Ａｐｅｓ２ ０ ． Ｓ
［５］ 杨 涛． 文 版 Ａｃｅｓ０ ３数 据 库 应 用 实 用 教 程 ［ ． 中 ｃｓ２ ０ Ｍ］ 北 京 ： 华 大 学 出 版社 ，０ ９ 清 ２０．
［６］ Ｔ ｅ ｎ ｔｕ ｎａｉ Ｓ ｓｅ ａ ｄ ｈ Ｉｓｒｍｅ ｔｔ ｎ ｙｔｍｓ ｎ Ａｕｏ ｔ ｎ ｏｉｔ． ｏ ｔｍａｉ Ｓ ｃ ｙ ｏ ｅ ＡＮＳ／Ｓ ＩＩＡ一５ ．４—１９ ｎ ｔｕ ｎ Ｌ ｏ ｉｇａ ［ ］ ９ １ Ｉｓｒ ｍｅｔ ｏｐ Ｄａ ｒｍｓ Ｓ ．
３ 行等 ， 这时候需要分析 哪些行数可 以合 并 。可 以让
行数少 、 数量少 的仪表 回路通过增加行数 ， 反之减行 ， 最后分 出几大类 别 的行 数 。造成行 数不 同 的原 因是
一
Ｉ ｏ ｌ 的设计 思 路 ， Ｎｔｏｓ 程序 的智 能 化得 到 进 一 步 的
发挥 ， 以根据各 种类 型的模 板得到 设计人 员所需 可
存， 关闭， 不断循环 。整个过程都是 自动执行 ， 常快 非 捷地把该类仪表相同行数 的回路图制作完毕。
毕业论文_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无论设计、制造或使用传感器，都希望输出量和输入量间具有线性关系，而对于实际应用来说，其输出量与被测量之间的关系大多是非线性的，为了达到提高传感器精度目的，必须对传感器的非线性特性进行补偿。
电感微位移传感器是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感或互感系数的改变来实现非电量(主要是位移)测量的低成本、高精度测量仪，因为其分辨力高、使用寿命长、工作性能稳定，应用于微位移测量己经有很长的历史，进行高精度微位移测量时选用电感位移传感器已经成为一种共识。
关键词：电感；微位移；测量仪一、电感式微位移测量仪的概况1、课题研究意义及发展状况无论是科学研究还是生产实践，需要进行位移测量的场合非常多，可用于位移测量的传感器的种类也很多，其中用于直线位移测量的有电阻式、电感式、电容式、振弦式、编码式、感应同步器式、光栅式、磁栅式、光电式、霍尔效应式、磁敏电阻式、喷射式、激光式、复合式以及光纤式等，但这些传感器在实际应用中或多或少都存在着一些问题，有的设备复杂、成本高，有的对环境要求高，有的精度低、线性范围小，有的结构复杂、工艺要求高。
电感式传感器因其具有结构简单可靠、输出功率大、抗干扰好、对环境要求不高、分辨率较高、示值误差小、价格低廉等特点在位移测量方面获得了非常广泛的应用，专用集成电路芯片的出现，更为人们使用电感式传感器带来了方便。
与此同时，在微电子行业中高精度模板的制造和定位，高精度传感器的标定都需要很高的位移测量精度，甚至有些应用要求测量精度达到纳米量级，同时，测量范围的要求也越来越大。
这样测量精度与量程范围的要求构成了尖锐的矛盾，因此，需要设计一些通用性好、价格便宜的测量仪器，并对这一类的测量仪器进行不断地更新和改进，以进一步提高测量精度。
另外，无论设计、制造或使用传感器，都希望输出量和输入量之间具有线性关系，而实际中对于传感器来说，一方面由于不可避免的原理误差，一方面由于工艺材料等一些客观因素的限制，其输出量与被测量之间的关系大多是非线性的，因此，为了达到提高传感器精度的目的，必须对传感器的非线性特性进行线性化处理。
电感式微位移传感器
《传感器原理及应用》课程考核论文题目电感式微位移传感器分析及应用实例班级学号姓名成绩机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一四年五月目录摘要 2 引言 2一、电感式传感器组成及原理 3二、电感测头的结构11三、差动变压器应用11四、电感式微位移传感器应用实例12 参考文献23电感式微位移传感器分析及应用实例摘要：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。
电感式微位移传感器是一种分辨率极高、工作可靠、使用寿命很长的测量仪器,应用于微位移测量已有比较长的历史. 本文主要对电感式微位移传感器进行了系统性分析，阐述了其物理效应、构成、结构、测量电路、显示装置等基本内容，并在网上对此传感器进行了选型，结合其产品手册/使用说明书，详细说明了此传感器的用法，并进行了举例说明。
关键词: 电感式传感器，相敏检波，零点残余电压Abstract:With modern manufacturing scale expands gradually, more and more high degree of automation. To ensure the quality of product, the product testing and quality management are put forward higher requirements. Inductive micrometer is a kind of extremely high resolution, reliable operation, long service life measuring instrument, used in the micro displacement measurement has a long history. This article mainly has carried on the systematic analysis to inductance displacement of weak, expounds the physical effect, composition, structure, measuring circuit, display device, the basic content, and for the selection of this sensor on the net,combined with its product manuals operating instructions, detailed the use of the sensor, and an example was carried out.Key words: Inductive sensor, phase sensitive detection, zero residual voltage引言电感式微位移传感器又称电感式测微仪是一种能够测量微小尺寸变化的精密测量仪器，它由主体和测头两部分组成，配上相应的测量装置（例如测量台架等），能够完成各种精密测量。
差动电感式位移传感器调理电路设计
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｃｉｒｃｕｉｔ
ｆｏｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ＺＨＡＮＧ ＨａｉｆｅｉꎬＬＥＩ Ｘｉａｏｊｕａｎ
(Ｘｉ’ ａｎ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ＆ ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬＸｉ’ ａｎ ７１０１００ꎬＣｈｉｎａ)
作可靠、寿命长等优点ꎮ 其作为一种精密的位移检测
部件ꎬ在航空、航天、兵器、精密测量等领域有着广泛的
应用
[２]
ꎮ
变差动变压器分为两种ꎬ一种是测量直线位移的
线 性 可 变 差 动 变 压 器 ( ｌｉｎｅａｒ ｖａｒｉａｂｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ
收稿日期:２０１８￣１２￣２８
调理电路的解决方案ꎮ ＬＩＮＥＡＲ 公司采用信号发生器
ＡＤ６９８ 芯片的单芯片解决方案的调理电路ꎮ 该电路采用比例输出ꎬ可有效提高调理电路的准确度和抗干扰能力ꎮ 其输出采用电压隔
离芯片 ＩＳＯ１２４ꎬ可实现隔离度达 １ ５００ Ｖ 有效值电压的隔离ꎬ减少了不同系统间的传输干扰ꎮ 设计了变送器输出模块ꎬ可通过选择电
流输出方式提高长距离传输的可靠性ꎮ 通过对电路的测试和分析ꎬ证明其满足使用单通道 ＬＶＤＴ 高精度测量的需求ꎮ 该电路设计方
ｃｉｒｃｕｉｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＤ６９８ ｃｈｉｐ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ. Ｔｈｅ ａｄｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｏｕｔｐｕｔ ｃｏｕｌｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ａｎｔｉ￣
ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ. Ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃｈｉｐ ＩＳＯ１２４ ｆｏｒ ｉｔｓ ｏｕｔｐｕｔꎬｔｈｅ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｕｐ ｔｏ １ ５００ Ｖ
高精度电感式位置传感器的研究与设计
高精度电感式位置传感器的研究与设计高精度电感式位置传感器的研究与设计摘要：本文主要研究和设计了一种高精度的电感式位置传感器。
通过对传感原理、传感器结构和测量电路的分析与优化，以提高传感器的精度和性能为目标，设计了一款功能强大、精度高、响应速度快的电感式位置传感器。
1. 引言位置传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、机器人、汽车工业等。
电感式位置传感器以其高精度、抗干扰能力强等优点被广泛研究和应用。
本文旨在设计一种具有高精度的电感式位置传感器，以满足对高精度位置检测的需求。
2. 传感原理电感式位置传感器是基于电感的变化来实现对位置的检测。
当传感器与目标物的位置发生改变时，传感器的感应线圈中的电感值会发生变化。
通过测量电感值的变化，可以间接计算出目标物的位置。
3. 传感器结构设计为了提高传感器的精度和性能，本文设计了一种新型的电感式位置传感器结构。
该结构采用多层绕组的方式，增大了感应线圈和目标物之间的交互面积，提高了电感值的变化量。
同时，采用非线性磁芯材料，使传感器在不同位置时的电感值变化更为敏感。
4. 测量电路设计为了提高传感器的精度和响应速度，设计了一种新型的测量电路。
该电路采用差分放大器和滤波器等组件，能够有效地抑制传感器信号中的噪声，并提高传感器的信噪比。
同时，采用高速ADC转换器，提高了测量精度和响应速度。
5. 系统性能测试通过实验测试，验证了设计的高精度电感式位置传感器的性能。
实验结果表明，该传感器具有高精度、高分辨率、低失真和快速响应的特点。
在不同位置和运动速度下，传感器均能准确地测量目标物的位置。
6. 总结与展望本文研究了一种高精度的电感式位置传感器，通过对传感原理、传感器结构和测量电路的优化，设计出了一款功能强大的位置传感器。
实验结果表明，该传感器具有高精度、高分辨率和快速响应的特点。
然而，该传感器还存在一些不足之处，如对工作环境的适应性还需进一步优化。
未来，可以通过改进传感器的结构和算法，进一步提高传感器的精度和性能，以满足更高水平的精密位置检测需求。
位移传感器的工作原理
位移传感器的工作原理位移传感器是一种用于测量物体位移的设备，它可以将物体的位移转化为电信号输出，从而实现对位移的测量和监测。
位移传感器广泛应用于工业自动化、机械创造、航空航天、医疗设备等领域。
一、工作原理位移传感器的工作原理基于不同的物理原理，常见的工作原理包括电阻式、电容式、电感式、光电式等。
下面将分别介绍这些工作原理。
1. 电阻式位移传感器：电阻式位移传感器是利用电阻值随位移的变化来测量位移的。
它通常由一根导电材料制成的电阻元件和一个滑动触点组成。
当物体位移时，滑动触点会相应地改变与电阻元件之间的接触面积，从而改变电阻值。
通过测量电阻值的变化，就可以确定物体的位移。
2. 电容式位移传感器：电容式位移传感器是利用电容值随位移的变化来测量位移的。
它由两个平行的电极组成，当物体位移时，电极之间的电容值会随之变化。
通过测量电容值的变化，就可以确定物体的位移。
3. 电感式位移传感器：电感式位移传感器是利用电感值随位移的变化来测量位移的。
它通常由一个线圈和一个铁芯组成。
当物体位移时，铁芯与线圈之间的磁耦合会发生变化，从而改变线圈的电感值。
通过测量电感值的变化，就可以确定物体的位移。
4. 光电式位移传感器：光电式位移传感器是利用光的传输和接收来测量位移的。
它通常由一个发光器和一个接收器组成。
发光器发射光线，当物体位移时，光线会被物体遮挡或者反射，接收器会接收到光线的变化。
通过测量接收器接收到的光信号的变化，就可以确定物体的位移。
二、应用领域位移传感器的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域：1. 工业自动化：位移传感器在工业自动化中被广泛应用于机械臂、机床、输送设备等设备的位移测量和控制。
通过实时监测和反馈物体的位移信息，可以实现设备的自动控制和调节。
2. 机械创造：位移传感器在机械创造领域中被广泛应用于机械零件的尺寸测量和装配控制。
通过测量物体的位移，可以确保机械零件的尺寸和装配精度。
3. 航空航天：位移传感器在航空航天领域中被广泛应用于飞行器的姿态控制和导航系统。
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。
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【精品】电感式传感器仿形机床测量电路设计_毕业论文设计
传感器原理及工程应用设计（论文）电感式传感器仿型机床测量电路设计姓名：学号：指导教师：专业：班级：中国·2011 年12 月本科设计（论文）任务书学生姓名所在班级）导师姓名导师职称论文题目电感式传感器仿形机床测量电路设计题目分类1．应用与非应用类：〇工程〇科研〇教学建设〇理论分析〇模拟2．软件与软硬结合类：〇软件〇硬件〇软硬结合〇非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在〇内打√）主要研究内容及指标：电感式位移传感器元件由静止的螺管线圈和可在线圈上移动的衔铁测头组成,它依据电磁感应原理工作.当线圈由高频电源驱动时,其两路引出端将输出两个感应电势,这些信号经信号检出电路综合后,形成在幅值及相位上随测头位置而变的电压信号,代表了位移量的大小和方向.此信号再经放大、滤波及整形等初步调理后，由A/D转换器转换为对应的数字量送入微控制器。
微控制器对它进行信号处理、存储以及显示，获得较高精度的测量结果，然后按系统组成态设定的输出方式，以要求的信号形式将测量结果输出。
主要参考文献：[1] 康华光.电子技术基础[M]. 北京：高教出版社,2000．[2] 胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001．[3] 郁有文.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.[4] 张福学.传感器实用电路150例[M].1993,5[6] 刘瑞新.单片机原理及应用教程[M]机械工业出版社,2004.[7] 侯国章赵学增审编测试与传感技术[M] 哈尔滨哈尔滨工业大学出版社 1998阶段规划：自动检测与转换是自动化技术中重要的组成部分。
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。
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电感式传感器论文
郑州华信学院• • •• •••• •• 院级名号件 学班姓学课 传感器与检测技术电感式传感器摘要利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、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，这种装置称为电感式传感器。
电感式传感器具有结构简单, 工作可靠, 测量精度高, 零点稳定, 输出功率较大等一系列优点, 其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约, 传感器自身频率响应低, 不适用于快速动态测量。
这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制, 在工业自动控制系统中被广泛采用。
电感式传感器种类很多, 本章主要介绍自感式、互感式和电涡流式三种传感器。
关键词：性能原理优/ 缺点种类正文：1、电感式传感器NJ性能说明电感式传感器最重要的元件（除控制接口单元与输出级以外）是一个LC振荡器。
决定振荡频率的元件由一个平行谐振电路组成。
当金属物体进入线圈交变磁场区域时，谐振电路中的能量减少。
能量的额外损耗导致线圈的品质因数降低，从而降低了电流消耗。
对于黑色（铁的）及有色（非铁的）金属而言，损失的能量会在金属体内部产生涡电流。
磁铁也会造成能量损失。
由于在非金属体内不能产生涡电流，也就不会产生反向磁场，从而传感器线圈的品质因素及电流消耗保持不变，所以非金属体不能被检测。
2、工作原理及应用电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩和应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有绕组。
自感式电感传感器原理与运用自感式传感器是由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。
这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。
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学号 1402135112湖南理工学院毕业设计（论文）题目：电感式传感器测量电路设计作者林恩来届别 2006 届系别机械与电气工程系专业自动化指导教师谭竹梅职称副教授完成时间 2006年5月20日目录摘要 (1)AbstractAbstract AbstractAbstract (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 processingcircuit . The circuit adopt speak sampling technique and direct digitaloutput interface to substitute the conventional phase frequency detection technique and analog output interface. The non2linearity is alsodecreased. In addition ,the circuit adopts frequency and ampli2tube 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, statictesting1．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，电桥平衡。
当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下线圈的电感量则增加。
交流阻抗相应地变化，电桥失去平衡从而输出了一个幅值与位移成正比，频率与振荡器频率相同，相位与位移方向相对应的调制信号。
此信号经放大，由相敏检波器鉴出极性，得到一个与衔铁位移相对应的直流电压信号，经A/D转换器输入到单片机，经过数据处理进行显示。
电感式传感器测位移时，由于线圈中的电流不为零，因而衔铁始终承受电磁吸力，会引起附加误差，而且非线性误差较大；另外，外界的干扰(如电源电压频率的变化，温度的变化)也会使输出产生误差。
所以在实际工作中常采用差动形式，这样既可以提高传感器的灵敏度，又可以减小测量误差。
两个完全相同的单个线圈的电感式传感器共用一个活动衔铁就构成了差动式电感传感器。
采用差动式结构除了可以改善线性、提高灵敏度外，对外界影响，如温度的变化、电源频率的变化等也基本上可以相互抵消，衔铁承受的电磁吸力也较小，从而减小了测量误差。
零点残余电压也是反映差动变压器式传感器性能的重要指标。
理想情况是在零点时，两个次级线圈感应电压大小相等方向相反，差动输出电压为零实际情况是两组次级线圈的不对称铁心的B-H曲线的非线性，以及激励电源存在的高次谐波等因素引起零点处U≠0知。
其数值约为零点几毫伏，有时甚至可达几十毫伏，并且无论怎样调节衔铁的位置均无法消除。
零点残余电压的存在，使传感器的灵敏度降低，分辨率变差和测量误差增大。
克服办法主要是提高次级两绕组的对称性(包括结构和匝数等)，另外输出端用相敏检测和采用电路补偿方法，可以减小零点残余电压影响。
2．整体的方框图与工作原理电感式位移传感器元件由静止的螺管线圈和可在线圈上移动的衔铁测头组成,它依据电磁感应原理工作.当线圈由高频电源驱动时,其两路引出端将输出两个感应电势,这些信号经信号检出电路综合后,形成在幅值及相位上随测头位置而变的电压信号,代表了位移量的大小和方向.此信号再经放大、滤波及整形等初步调理后，由A/D转换器转换为对应的数字量送入微控制器。
微控制器对它进行信号处理、存储以及显示，获得较高精度的测量结果，然后按系统组成态设定的输出方式，以要求的信号形式将测量结果输出。
系统的整体方框图如图2所示。
图1系统的整体方框图 3．各个单元电路的设计3．1 8051单片机简介目前，8051单片机在工业检测领域中得到了广泛的应用，因此我们可以在许多单片机应用领域中，配接各种类型的语音接口，构成具有合成语音输出能力的综合应用系统，以增强人机对话的功能。