LK031激光位移传感器设计
课程设计（报告）
题目：LK-031激光位移传感器数据采集系统设计学院：
专业班级：
指导教师：职称：
学生姓名：
学号：
摘要
利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光位移传感器(磁致伸缩位移传感器)就是利用激光的这些优点制成的新型测量仪表，它的出现，使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高，也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。
激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性，广泛应用于高校和研究机构、汽车工业、机械制造工业、航空与军事工业、冶金和材料工业的需要精密测量检测的行业。激光位移传感器是可以精确进行非接触位置、位移测量的精密传感器，主要应用于位置、位移、厚度、振动、距离等几何量的工业测量。按照测量原理，激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量。
本文对LK-031激光位移传感器数据采集系统进行了设计，该系统是利用CCD激光位移传感器来的两物体的微小形变量，再利用AD7705芯片进行A/D转换和用AT89C51作为处理器，最后用LED显示出测量的位移值。该测量系统量程为-5mm～+5mm，精度为1μm。该测量装置显示清晰明了，反应快，灵敏度高，性能稳定，结构简单且设计廉价，可以得到广泛的推广和使用。
关键词：位移传感器，AD7705，AT89C51，LED显示
目录
第1章绪论 (1)
第2章系统总体方案设计 (3)
2.1系统技术指标 (3)
2.2系统电路框图 (3)
2.3数据采集与处理方案 (3)
第3章系统硬件设计 (4)
3.1A/D电路选择 (4)
3.1.1AD7705引脚说明 (4)
3.1.2AD7705内部转换原理 (5)
3.1.3AD7705的数字接口 (6)
3.1.4AD7705的接口电路 (7)
3.2单片机的选择 (8)
3.2.1AT89C51主要特性 (8)
3.2.2管脚说明 (9)
3.3AD7705与AT89C51接口电路 (11)
3.4放大电路的设计 (11)
3.5调整电路与滤波电路设计 (12)
3.6显示电路设计 (13)
第4章系统软件设计 (18)
第5章电路原理图 (19)
总结 (20)
致谢 (21)
参考文献 (22)
第1章绪论
激光测距技术按照测程可以分为绝对距离测量法和微位移测量法；按照测距方法细分，绝对距离测距法主要有脉冲式激光测距和相位式激光测距，微位移测量法主要有三角法激光测距和干涉法激光测距。
脉冲激光测距的原理是：由脉冲激光器发出一持续时间极短的脉冲激光(主波)，经过待测距离L后射到被测目标，有一部分能量会被反射回来，被反射回来的脉冲激光称为回波，回波返回测距仪，由光电探测器接收。根据主波信号和回波信号之间的间隔。即激光脉冲从激光器到被测目标之间的往返时间t，就可以算出待测目标的距离。
D=1/2ct
式中c为光速，脉冲法精度一般在米量级。例如，光速约为3108m/s，要想使分辨率达到1mm，则测距传感器的电子电路必须能分辨出以下极短的时间：
0.001m(3108m/s)=3ps
要分辨出3ps的时间，这是对电子技术提出的过高要求，实现起来造价太高。但是如今廉价的激光传感器巧妙地避开了这一障碍，利用一种简单的统计学原理，即平均法则实现了1mm的分辨率，并且能保证响应速度。
相位激光测距的原理是：对发射的激光进行光强调制，利用激光空间传播时调制信号的相位变化量。根据调制波的波长，计算出该相位延迟所代表的距离。即用相位延迟测量的间接方法代替直接测量激光往返所需的时间，实现距离的测量，这种方法精度可达到毫米级。
三角法激光测距是由激光器发出的光线，经过会聚透镜聚焦后入射到被测物体表面上，接收透镜接收来自入射光点处的散射光，并将其成像在光电位置探测器敏感面上。当物体移动时，通过光点在成像面上的位移来计算出物体移动的相对距离。在80年代末90年代初，人们开始激光与三角测量的原理相结合，形成了激光三角测距器。它的优点是分辨率很高，精度高，可以达到微米数量级，不受被测物的材料、质地、型状、反射率的限制。从白色到黑色，从金属到陶瓷、塑料都可以测量。
激光三角法位移测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。
图1-1激光三角法工作原理示意图
第2章系统总体方案设计
2.1系统技术指标
本次设计为LK-031激光位移传感器数据采集系统设计，其测量范围是±5mm ，输出电压是±5V ，设计一个位移采集与显示系统，要求系统位移分辨小于1μm ，位移用数码管显示，系统具有任意位置置零功能。
2.2系统电路框图
2.3数据采集与处理方案
当CCD 位移传感器反馈一个电压信号，由于位移传感器反馈的是物体的位移形变，而位移形变可以会发生形变陡然增大或减小，使反馈的电话信号突然变化，再加上外界环境的影响，可能会时反馈的电压信号不在-5V ～+5V 这个范围内变化，调整电路和滤波电路对信号进行限幅处理，限幅范围为-5V —+5V 。而放大电路把-5V ～+5V 范围的电压信号转换成0～10V 范围的电压信号，位移传感器的-5V 转换后对应的0V ，+5V 对应+10V 。A/D 转换器和单片机接受电压信号后，经过处理并输出显示在LED 屏幕上。
图2-1 系统电路框图
第3章系统硬件设计
3.1 A/D电路选择
CCD传感器是激光位移传感器是LK-031型，它测量不受颜色，表面材料或漫射光照的影响，量程为-5mm-+5mm，输出电压为-5V-+5V，单位为1μm，分辨率可达0.1%，测量距离为30mm。
=0.61μm
14位A/D分辨率：10
2
16位A/D分辨率：10
=0.15μm
216
从上面计算可以看出，16位A/D分辨率符合设计要求，所以应当选择16位A/D 转换器，那么A/D转换选择AD7705，AD7705芯片既可接受从传感器送来的低电平输入信号，也可接受高电平（10V）信号，它运用Σ—△技术实现16位无误码性能，它的输出速度同样可由指令设定，范围由20HZ—500HZ，它能够通过指令设定对零点和满程进行校正，AD7705与微处理器的数据传送通过串行方式进行，采用了节省端口线的通讯方式，最少只占用控制机的两条端口线。
3.1.1AD7705引脚说明
图3-1 AD7705引脚图
AD7705的引脚排列如图3-1。如图3-1所示，芯片的脚功能为：
SCLK：串行时钟输入。
MCLKIN：系统时钟输入。
MCLKOUT：系统时钟输出。
CS：片选信号。
RESET：复位信号。
AIN2（+）：通道2正模拟信号输入。
AIN1（+）：通道1正模拟信号输入。
AIN1（-）：通道1负模拟信号输入。
REF IN（+）：正参考输入电压。
REF IN（-）：负参考输入电压。
AIN2（-）：通道2负模拟信号输入。
DRDY：数据输出标志位，低输出数据，结束恢复高。
DOUT：从输出移位寄存器串行输出数据位。
VDD：电压输入端，电压范围+2.7V—+5.25V。
GND：地电位。
3.1.2 AD7705内部转换原理
AD7705内部原理框图如图3-2所示。
图3-2 AD7705内部转换原理图
Σ-△型ADC的电路结构的核心是由Σ-△调制器和数字滤波器组成，Σ-△调制器是由积分器、比较器、1位DA转换器等组成的简单的模拟电路，原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间（脉冲宽度）信号，用数字滤波器处理后得到数字值。AD7705有两个可编程的模拟输入通道，既可以输入单极性，也可以输入双极性信号，双极性信号应该可以从通道的负端AIN（-）输入。芯片可以工作于缓冲或废缓冲模式，在非
缓冲模式下，模拟电压的输入范围可取GND （-30mV ）和VDD （+30mV ）之间的任意绝对值，在缓冲模式下，模拟输入通道可以处理更高的阻抗源，但是输入电压的范围限制在GND （+50mV ）和VDD （-1.5V ）之间。AD7705的可编程增益前端，使它可以直接接收传感器或变频器所得的微弱信号。
Σ-△ADC 采用过采样技术，调制器以大于奈奎斯特许多倍的速率采样模拟输入信号，把更多的量化噪音压缩到基本频带以外的高频区并由低通数字滤波器滤除这些带外噪声。其对噪声的抑制能力很好。 3.1.3 AD7705的数字接口
AD7705的数字接口是由八个寄存器和三线串行接口组成的。寄存器组包括命令寄存器、设置寄存器、时钟寄存器、数据寄存器、测试寄存器、补偿校正寄存器、增益寄存器和一空的无效寄存器。对这些寄存器的读写构成了整个芯片的工作过程。 再打开电源或复位后，设备等待对命令计算器进行写操，写给命令寄存器的数据决定下一个操作是读还是写以及那一个寄存器进行读写。它是很重要的8位寄存器，各位的结构如表3-1。
DRDY ????????:数据准备好，写操作时，此位为0，其余7位的数据才可以写入此寄存器。 RSO-RS2：寄存器选择位。决定下一个读写是对哪一个寄存器。 R/W
???：读写选择位。 STBY ：静态位。 CH0-CH1：通道选择位。
设置寄存器是——8位寄存器，该寄存器设置芯片的工作模式，增益的大小，选择单双极性，控制缓冲器的工作，设置滤波器的工作方式，其各位结构如表3-2。
MD0-MD1：工作模式选择位。可选择一般模式、自校验模式、零点校正模式和满量程模式四种模式。 G0-G2：增益设置。 B
?/U ：缓冲控制。 FSYNC ：同步滤波器设置。
时钟寄存器也是一8位寄存器。可以选择滤波器的工作状态和控制时钟。其各位
表3-1 命令寄存器结构
表3-2 设置寄存器结构
结构如表3-3。
ZERO ：零标志位。 CLKDIS ：主时钟无效位。 CLKDIV ：时钟分频位。 CLK ：时钟位。
FS1-FS0：滤波器选择位，决定输出数据刷新率。
数据寄存器是一16位寄存器，测试寄存器是8位，补偿寄存器和增益寄存器都是24位，还有一个空的无效寄存器。 3.1.4 AD7705的接口电路
AD7705的简单的串行接口使其可以方便的与大多数微型计算机、数字信号处理器与微处理器相连。下面以8051单片机为例，介绍AD7705与其他接口电路如图3-3所示。
此接口电路给出两者的最少连接。AD7705工作于三线串行方式，使用DATAOUT 、DATAIN 、SCLK 引脚进行控制。AD7705工作于外部时钟同步方式，8051的TXD 产生时钟脉冲，经过反向器作为AD7705的外部时钟。也可以把8051的某一输出端口直接与SCLK 相连，通过输出端口模拟串行口时序，控制AD7705工作。8051的串行口采取方式0（移位寄存器方式），其串行接口只包含一条单一的数据线，因此，AD7705的DATA OUT 和DATA IN 引脚应连在一起，并接一10KΩ的上拉电阻，再与8051的
数据线相连。再简单也可以直接接地，如果接口电路要控制AD7705的CS
????信号，也可图3-3 AD7705接口电路
表3-3 时钟寄存器结构
以用8051的设置成输出的端口位来驱动CS
????的输入。从AD7705读出转换数据都是在DRDY
????????（数据准备好）位低电平时进行的，因此，每次在读出转换器数据操作之前必须查询DRDT ????????的状态，只有两种方式。第一，可以把DRDT
????????引脚直接与8051的设置为输入方式的任意端口相连，这个端口位决定DRDT ????????的状态。另一种方法是使用中断驱动系统，在此方法中，DRDT ????????引脚与8051的输入INT1相连。8051在写操作时，输出的第一位是最低有效位，然而，AD7705希望第一是最高有效位，因此传递的数据在被写到输出串行寄存器前要重新排序。同样AD7705在读操作时说出的第一位是最高有效位，而8051希望第一位是最低有效位，于是，数据在读到串行缓冲器前也要重新排序。
启动转换时，单片机首先发出启动信号，当查询到DRDY ????????为低时，从AD7705寄存器串行读出数据，连续读两次，这样可以把16位的数据读入8051的八位串行寄存器。
3.2单片机的选择
根据要求，我们选择AT89C51。 3.2.1 AT89C51主要特性
·与MCS-51 兼容
·4K 字节可编程FLASH 存储器 ·寿命：1000写/擦循环 ·数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24MHz ·三级程序存储器锁定 ·128×8位内部RAM ·32可编程I/O 线 ·两个16位定时器/计数器 ·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM ，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM ，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止
工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
3.2.2 管脚说明
图3-4 单片机引脚图
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH 进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因
此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（计时器0外部输入）
P3.5 T1（计时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA
端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V 编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
图3-5 AD7705与AT89C51的接口电路
3.3AD7705与AT89C51接口电路
图3-5为系统的应用电路，用AD7705直接与LK031相连来对传感器的信号进行数据转换，根据电路，传感器信号必须为正，如传感器的输出为0～+10V的电压信号，而AD7705在增益为1时的满量程为2.5V，因此应对输入电压进行分压。为了能使软件有效地控制AD7705的复位，图中把RESET与AT89C51的P1.2相连，这样可以保证AD7705能可靠的复位。在应用时，把DRDY接到AT89C51的INTI，可以使AD7705在转换结束后使单片机产生中断，以读取最新的转换数据。
3.4放大电路的设计
LK-031型位移传感器的输出电压信号是-5V～+5V而图3-5接入的信号必须为正，所以还要把-5V～+5V范围的电压信号转换成0～10V范围的电压信号，位移传感器的-5V转换后对应的0V，+5V对应+10V，所以，在图3-5中，传感器信号接入前还要利用一个运算放大器加一个同相相加器，如图3-6所示，U i端接入-5V～+5V传感器信号，
图3-6 同相相加器
U0连接到图2-6中的u端。
3.5调整电路与滤波电路设计
由于位移传感器反馈的是物体的位移形变，而位移形变可以会发生形变陡然增大或减小，使反馈的电话信号突然变化，再加上外界环境的影响，可能会时反馈的电压信号不在-5V～+5V这个范围内变化，这样就会使A/D转换的电压信号不在0～10V范围内，所以反馈信号必须要经过限幅处理，如图3-7所示。因为限幅的范围为-5V～+5V，所示的E的电压大小为5V。（见下页图3-7）
图3-7 二极管双向限幅电路
3.6显示电路设计
LED显示是一个6位的，最低位1μm，最高后位为符号位，当位移为负值时，最高位显示“﹣”，当位移为正时，不显示。
单片机应用系统中常使用LED作为显示器，在需多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，常将所有门的选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而共阴(阳)I/O 线受控制实现各部分时选通。如图3-8所示为6位LED动态显示接口电路。
图3-86位LED动态显示接口电路表3-4控制符号
由于所有6位选线皆由一个I/O口控制，因此，在每一瞬间，6位LED会显示相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方流点亮各位LED，即在每一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应字符段选码(字型码)，而位选则控制I/O口在该显示相应字符。如此轮流，使每位分时显示该位应显示字符，根据人眼视觉特性，当LED所加信号频率大于50Hz时，人眼不能感觉其变化，所以每位显示的间隔不能超过20ms，也就是说要在20ms之内分时的点亮所有LED，LED越多所分的时间越短，亮度就会不足;如果增加点亮时间，又会使扫描频率下降，有闪烁感容易造成人眼的彼劳，这种方式就是我们大家常用的动态扫描方式，这种扫描方式仅适用于LED不超过10个时的场合。本文介绍的一种全新的思路，电路连接如图示3-9，其硬件电路与常规的动态扫描方式完全一样，主要差别就是在控制方法的不同。
若LED为共阳型，段选2的控制信号先使a段为低电平，其余b、c、d、e、f、g、dp段全为高电平，这样led1、led2....led23、led24是否要点亮其中的a划还要受段选1的控制，段选1又是由待显示的数据控制，然后段选2的控制信号再轮流使b、c、d、e、f、g、dp为低电平，依次扫描，即每个字是一笔一笔受控是否需要点亮，这样只要8次循环，就可完成一次显示，而不必考虑接入LED的个数。如要显示3个数字为1、2、3(led1、led2、led3)，则加入的控制信号见表3-4，共阳型字符表见表3-5。
某项目控制系统需要显示24个数字，考虑到单片机I/O资源有限，按常规方法必需扩展I/O，这样就使电路复杂又增加了硬件成本，能否以软代硬就成为设计的关键所在。图3-9所示的电路中采用上面介绍的方法，用软件方式显示24个数字，电路采用了4片74LS164，1片MC1413(ULN2003)，单片机只需通过RXD、TXD就可控制显示，软件流程图如3-10所示。（见下页图3-10）
图3-9 LED电路连接图
图3-10 软件流程图
若LED为共阳型，段选2的控制信号先使a段为低电平，其余b、c、d、e、f、g、dp段全为高电平，这样led1、led2....led23、led24是否要点亮其中的a划还要受段选1
的控制，段选1又是由待显示的数据控制，然后段选2的控制信号再轮流使b、c、d、
e、f、g、dp为低电平，依次扫描，即每个字是一笔一笔受控是否需要点亮，这样只要8次循环，就可完成一次显示，而不必考虑接入LED的个数。如要显示3个数字为1、2、3(led1、led2、led3)，则加入的控制信号见表1，共阳型字符表见表2。
某项目控制系统需要显示24个数字，考虑到单片机I/O资源有限，按常规方法必需扩展I/O，这样就使电路复杂又增加了硬件成本，能否以软代硬就成为设计的关键所在。图3所示的电路中采用上面介绍的方法，用软件方式显示24个数字，电路采用了4片74LS164，1片MC1413(ULN2003)，单片机只需通过RXD、TXD就可控制显示，软件流程图如图3-10所示。
用于多电机同步控制的角位移传感器设计
用于多电机同步控制的角位移传感器设计 Design of rotate displacement sensor used to multi-drive synchronization system 奚小网1，陆 荣1，高 波2 XI Xiao-wang1, LU Rong1, GAO Bo2 （1. 无锡职业技术学院 机电技术学院，无锡 214121；2. 中国船舶科学研究中心，无锡 214082） 摘 要：本文介绍了一种可用于多电动机同步控制系统的角位移传感器。它采用导电塑料电位器为敏感元件，电位器滑动转轴与质量块固定，将传感器转角的变化转换成电阻的变化并通过测量转 换电路改变输出电压，输入变频器控制多电机同步运行。详细分析了传感器的结构、特点和 测量转换电路。实验表明输出电压与角位移变化呈线性关系。 关键词：角位移传感器；多电机同步，变频，运算放大器 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2011)8(上)-0045-04 Doi: 10.3969/j.issn.1009-0134.2011.8(上).13 0 引言 角度和角位移的测量在现代工业生产中广泛应用，主要采用电阻式、电感式、电容式、光栅式、磁阻式等角度和角位移传感器[1]。在多电机同步控制系统中角位移传感器也有应用，但传统的角位移测量仪，因结构等方面的缺陷，影响了其使用寿命和可靠性。利用导电塑料薄膜电位器作为敏感元件，设计了一种新型角位移传感器，用于多电机同步运行控制，具有无接触式、结构简单、小巧轻便、线性好、控制精度高等特点，既提高了控制的可靠性和分辨率，又简化了装配工艺，降低了成本。 1 多电机同步控制原理 在造纸、纺织印染、轧钢等生产设备中，由于具有多点传动的要求，电动机的数量通常较多，对系统的调速控制也提出了更高的要求。在调速方式上，由于变频调速具有可靠性高、使用维护方便等特点，因此这些设备一般采用变频器传动交流异步电动机的调速方式[2]。在工艺上，通常要求这些传动电动机之间能够实现同步运行（例如造纸、纺织印染设备）或按照一定的牵伸比（线速度比）运行（例如轧钢机、化纤后处理设备）。如常用的印染后整理设备有显色皂洗机、退煮漂联合机、热风烘燥机、丝光联合机等，这些设备的传动电机较多。工作时，布卷从设备进口进入，经过多电动机传动后，在出口处再次形成布卷。显然，为防止布匹在加工过程中跑偏、起皱并保证一定的张力，要求多个电动机保持同步运行，即实现多单元同步传动。 图1为三单元同步控制系统框图。图中VF1为主令电动机变频器，VF2、VF3为轧车2以及轧车3的传动电机变频器。VF1的运行速度信号来自主控单元的主令给定，当主令信号确定后，整机的运 行速度就确定了。 图1 三单元同步控制系统示意图 本系统中，为保证轧车2、轧车3与轧车1的同步运行，变频器VF2、VF3 的速度由主令信号和同步检测装置共同给定。由图1可见，同步检测装置中的电位器接±5V直流电源，当电位器处于中间位置时，给定信号为0V。同步检测信号输入变频器辅助模拟量输入端后，可通过设定变频器内部参数得到如下速度控制信号： 收稿日期：2011-03-10 基金项目：江苏省高等教育人才培养模式创新实验基地项目资助（2008-47） 作者简介：奚小网（1967 -），男，江苏无锡人，副教授，工学硕士，研究方向为电工技术、功能材料及应用等。
电容式位移传感器的设计
课程设计 设计名称: 电容式位移传感器的设计_ 专业班级: __ 姓名: ____________ 学号: _________ 指导教师: ______ xxxx年 xx 月
目录 一、设计要求……………………………………………………………… 3 二、电容传感器工作特性 (3) 三、电容传感器的优缺点 (3) 四、基本原理……………………………………………………………… 3 五、设计分析……………………………………………………………… 4 六、消除和减少寄生电容的影响 (5) 七、转换电路的设计 (6) 八、差动放大电路………………………………………………………… 8 九、相敏检波器系统工作及原理 (9) 十、心得体会 (11) 十一、参考文献 (12) 十二、附录 (13)
1、设计要求： 设计差动变面积式电容位移传感器，要求规定的设计参数。 1、测量范围（mm）：0~±1mm； 2、线性度（%Fs）：0.5； 3、分辨率（μm）：0.01； 4、灵敏度（PF/mm）： 5、通过理论设计、结构设计、理论分析等过程设计传感器结构和测量电路，画出结构示意图和测量电路图，并进行参数计算。利用参数和结构来选择合理的方法消除或减少寄生电容的干扰影响。结合传感器实验平台，确定传感器的静态灵敏度和线性范围，并设计电容传感器的电子秤应用实验。 2、电容传感器工作特性 电容式传感器具有灵敏度高、精度高等优点。相对与其他传感器来说，电容式传感器的温度稳定性好，其结构简单，易于制造，易于保证高的精度，能在高温、低温、强辐射及强磁场等各种恶劣环境条件下工作，适应性强；它的静电引力小，动态响应好，可用于测量高速变化的参数，如测量振动、瞬时压力等；它能够实现非接触测量，在被测件不能受力，或高速运动，或表面不连接，或表面不允许划伤等不允许采用接触测量的情况下，电容传感器可以完成测量任务；当采用非接触测量时，电容传感器具有平均效应，可以减少工件表面粗糙度等对测量的影响。因其所需的输入力和输入能量极小，因而可测极低的压力、很小的加速度、位移等，由于在空气等介质中损耗小，采用差动结构并连接成桥式电路时产生的零点残余电压极小，因此允许电路进行高倍率放大，使仪器具有很高的灵敏度，分辨力高，能敏感0.01μm至更小的位移。本课题采用差动变面积式电容位移传感器，线性的反映电容和位移的变化关系。 3、电容传感器的优缺点
位移传感器的工作原理都有哪些
电位器式位移传感器，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。电位器式位移传感器的可动电刷与被测物体相连。 下面笔者来跟大家讲一下位移传感器的工作原理都有哪些 由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，位移传感器因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，IP防护等级在IP67以上。此外，传感器采用了高科技材料和先进的电子处理技术，因而它能应用在高温、高压和高振荡的环境中。传感器输出信号为绝对位移值，即使电源中断、重接，数据也不会丢失，更无须重新归零。由于敏感元件是非接触的，就算不断重复检测，也不会对传感器造成任何磨损，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。 磁致伸缩位移传感器，是利用磁致伸缩原理、通过两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号来准确地测量位置的。测量元件是一根波导管，波导管内的敏感元件由特殊的磁致伸缩材料制成的。测量过程是由传感器的电子室内产生电流脉冲，该电流脉冲在波导管内传输，从而在波导管外产生一个圆周磁场，当该磁场和套在波导管上作为位置变化的活动磁环产生的磁场相交时，由于磁致伸缩的作
用，波导管内会产生一个应变机械波脉冲信号，这个应变机械波脉冲信号以固定的声音速度传输，并很快被电子室所检测到。 磁致伸缩位移传感器是根据磁致伸缩原理制造的高精度、长行程绝对位置测量的位移传感器。它采用非接触的测量方式，由于测量用的活动磁环和传感器自身并无直接接触，不至于被摩擦、磨损，因而其使用寿命长、环境适应能力强，可靠性高，安全性好，便于系统自动化工作，即使在恶劣的工业环境下，也能正常工作。此外，它还能承受高温、高压和强振动，现已被广泛应用于机械位移的测量、控制中。 杭州奥仕通自动化系统有限公司成立于2011年，是一家专业提供塑料机械行业自动化系统解决方案的高科技技术企业。公司为意大利杰佛伦（GEFRAN）和法国赛德（CELDUC）在中国大陆地区的核心代理商，主要产品有塑料机械控制器（PLC）、伺服驱动器、位移传感器、压力传感器、注射力和合模力传感器、高温熔体压力传感器、固态继电器（SSR）、温控表等。
激光多普勒测速实验报告
.\ 研究生专业实验报告 实验项目名称： LDV激光多普勒测速实验 学号： 20141002042 姓名：张薇 指导教师：唐经文 动力工程学院
.\ LDV激光多普勒测速实验 一、实验目的 应用激光测量流体的流速，是六十年代迅速发展起来的一种新的测速方法。它和过去应用的传统的测速仪器，如皮托管、旋浆式流速仪、热线式风速仪等相比，有如下几个主要优点：无接触测量，不干扰流场；测速范围广（4秒 米 10 104 5- ?-）；空间分辨率高；动态响应快。特别是对高速流体、恶性（如：酸性、碱性、高温等）流体、狭窄流场、湍流、紊流边界层等的测量方面，显示出传统方法无法比拟的优点。 本实验要求在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用实验室的频移型二维激光测速仪测量一个具有分离、再附、旋涡和高湍流度的复杂流场，了解这种流场中平均速度、速度直方图、湍流度和雷诺应力等湍流参数在主流区、回流区、剪切层和边界层等区域的不同特征，以及激光测速在测量复杂湍流流动方面的功能和优点有着重要的实验意义。 二、实验设备 图1：激光多普勒测速仪 图2：实验模型结构尺寸
图3：实验系统图 三、实验原理和方法 激光多普勒测速仪，英文缩写是流体流速测量的光学方法之一，是利用光学多普勒效应。即当激光照射运动着的流体时，激光被跟随流体运动的粒子所散射，散射光的频率将发生变化，它和入射激光的频率之差称为多普勒频差或多普勒拍频。这个频差正比于流速，所以测出多普勒频差，就测得了流体的速度。 实际接收到的多普勒信号，是包含有各种各样噪声的信号。例如光电倍增管带来的信号散粒噪声，暗电流散粒噪声，背景光噪声，热噪声，以及其他测量仪器带来的噪声等。同时，多普勒信号还是一个调制信号，由于各种原因，使多普勒频带加宽。例如，振幅调制，散射粒子受布朗运动影响，散射粒子通过探测体积所需要的渡越时间，多粒子进入探测体积初位相的不同，激光束的角扩散及速度梯度等原因，都会引起多普勒频带的加宽。为了尽量减小噪声和带宽，以及从具有一定的噪声和带宽的信号中，取出反映流速的“有用”信号，必须选择合适的信号处理装置，对多普勒信号进行处理。 一种信号处理装置，是利用高分辨率的法布里-珀罗干涉仪，直接跟踪光学信号。此种干涉仪调整比较简单，在大散射角工作时空间分辨率较高，但在测低速 厘米。另一种信号处理装置是频谱分析时受到限制，一般能测的下限速度为25秒 仪，它实际上是通过调谐窄带滤波器，把信号用示波器器显示出来，其中心频率在频谱范围内缓慢地扫描。由于使用滤波器，在任一瞬间时只能观察到全部信号的很少一部分，浪费了有用的信息和时间。进来信号处理装置都采用能跟踪可变频率的振荡器，称为自动跟踪可变频率跟踪器，简称频率跟踪器。 四、实验内容 在熟悉激光测速光学系统和信号处理基本原理的基础上，应用频移型二维激光测速仪测量复杂流场的速度。
位移传感器原理及应用课程设计[1]
题目：位移传感器的设计设计人员： 学号： 班级： 指导老师：许晓平、高宏才、陈焰日期：
位移传感器—光栅的原理和应用 一、概述 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（1）。 二、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幅射光栅和相位光栅；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。如图1，此信号是一直流信号和近视正弦的周期信号的叠加，周期信号是位移x的函数。每当x变化一个光栅栅距W，信号就变化一个周期，信号由b点变化到b’点。由于bb’=W，故b’点的状态与b点状态完全一样，只是在相位上增加了2π（2）。由图1可得光电信号为 u0=U平均+Umsin(π/2+2πX/W) 式中u0—光电元件输出的电压信号；
LK031激光位移传感器设计
课程设计（报告） 题目：LK-031激光位移传感器数据采集系统设计学院： 专业班级： 指导教师：职称： 学生姓名： 学号：
摘要 利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光位移传感器(磁致伸缩位移传感器)就是利用激光的这些优点制成的新型测量仪表，它的出现，使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高，也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。 激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性，广泛应用于高校和研究机构、汽车工业、机械制造工业、航空与军事工业、冶金和材料工业的需要精密测量检测的行业。激光位移传感器是可以精确进行非接触位置、位移测量的精密传感器，主要应用于位置、位移、厚度、振动、距离等几何量的工业测量。按照测量原理，激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法，激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量。 本文对LK-031激光位移传感器数据采集系统进行了设计，该系统是利用CCD激光位移传感器来的两物体的微小形变量，再利用AD7705芯片进行A/D转换和用AT89C51作为处理器，最后用LED显示出测量的位移值。该测量系统量程为-5mm～+5mm，精度为1μm。该测量装置显示清晰明了，反应快，灵敏度高，性能稳定，结构简单且设计廉价，可以得到广泛的推广和使用。 关键词：位移传感器，AD7705，AT89C51，LED显示
目录 第1章绪论 (1) 第2章系统总体方案设计 (3) 2.1系统技术指标 (3) 2.2系统电路框图 (3) 2.3数据采集与处理方案 (3) 第3章系统硬件设计 (4) 3.1A/D电路选择 (4) 3.1.1AD7705引脚说明 (4) 3.1.2AD7705内部转换原理 (5) 3.1.3AD7705的数字接口 (6) 3.1.4AD7705的接口电路 (7) 3.2单片机的选择 (8) 3.2.1AT89C51主要特性 (8) 3.2.2管脚说明 (9) 3.3AD7705与AT89C51接口电路 (11) 3.4放大电路的设计 (11) 3.5调整电路与滤波电路设计 (12) 3.6显示电路设计 (13) 第4章系统软件设计 (18) 第5章电路原理图 (19) 总结 (20) 致谢 (21) 参考文献 (22)
GBLM-04激光位移传感器1
GBLM-04 测距传感器 一、产品说明： 传感器数字输出接口：RS232/RS485/RS422(更换接口方式，只需更换通讯电缆即可) 传感器模拟输出接口（可选）:4-20mA/0-2.5V/0-5V/0-10V（可反向输出，可以任意设置4和20MA对应的距离值，即上下限） 传感器开关量输出口（可选）:最多四路，输出方式有5V电压(默认值)、12V电压、与供电电压一致、光耦输出四种方式，输出方式不能通过命令进行修改请提前说明。开关量输出可以能过命令来设置输出触发点、输出状态(大于触发点和小于触发点的的输出状态)。 传感器最大测量频率：10Hz（连续测量时，数据返回时间可以调整，最短100mS，最长 105,000mS） 传感器测量方式：连续测量和单次测量两种 传感器操作方式：命令操作和自动操作（上电后自动进入连续测量状态） 激光波长：635nm(620 -- 690nm) 测量精度：正负1mm 测量距离：0.05-- 40m 外形尺寸：133 * 65 * 35mm（安装尺寸可按客户要求做）
电源电压：6-30V 温度范围：-8℃到40℃(可加做恒温系统，其温度范围可以扩展到-40℃到50℃) 串口设置：9600,n,8,1 二、可通过命令设置的功能： 1、传感器地址（一条总线上挂多个传感器时使用） 2、连续测量返回数据时间间隔（100MS-105S） 3、量程上下限（只对模拟输出有效，量程上下限分别对应20MA或4MA） 4、模拟输出方式（只对模拟输出有效），可以使量程上下限分别对应最大电流值、最小电流值，或最小、最大电流值。 5、测距起始点，可以使返回数据由传感器头部开始，或由传感器尾部分开始算起 6、开关量输出点及输出方式 7、每个传感器有唯一的一个序列号，可以通过命令读取。 注：本机标准配置不带模拟输出接口，不带开关量输出接口，如有需要请在定货时说明。 三、产品特点： 1. 后端接口只用一个DB15（军工级）接口，前端为有机玻璃透明窗，壳体为完整一体。以上特点 保证了其密封性；
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
激光位移传感器及输出特性的研究讲解
激光位移传感器及输出特性的研究 英文题名 Study of Laser Displacement Sensor and Output Characteristics 关键词三角法; 激光位移传感器; CCD; 四象限; 英文关键词 Triangulation; Laser displacement sensor; CCD; four-quadrant; 中文摘要基于三角法的激光位移传感器的应用领域极为广泛,在质量检验、设备维护、流程和设备监控、机械和生产自动化以及研发等各个领域中,位移传感器都为优化产品和流程起到了决定性作用。但是目前国内市场仍然没有比较成熟的三角法激光位移传感器产品问世,市场都被国外产品占据,而国外产品的价格非常昂贵,因此找出激光位移传感器在输出特性上与国外产品的差距,提出改进方案是一项很有应用价值的工作。本论文以三角测量法为测量原理,采用半导体激光器作为光源,搭建了基于四象限探测器和基于线阵CCD探测器的两套测量系统,对测量系统中各个部件的选取做了详细分析,并从理论和实验上分析了引起系统测量误差的各种因素以及消除或者减弱这些影响因素的方法。本文的主要工作如下： 1.设计了基于四象限的激光位移传感器,并对该传感器进行了调试和标定。达到了预期的线性范围。适用于小量程、高精度的测量。 2.设计了基于线阵CCD的激光位移传感器,并对该传感器进行了调试、标定、测试。适用于大量程、中精度的测量。 3.比较了自行设计的基于线阵CCD的激光位移传感器和国外同类传感器的输出特性,针对各种不同被测面(色泽、材料、粗糙度、倾斜)进行测... 英文摘要 The application of Laser displacement sensor based on triangulation is extremely broad. Whether it is for quality assurance, for applications in maintenance and service, for process and machine monitoring, in automation or in research and development sensors make a vital contribution to the improvement of products and processes. Currently there is still no mature triangulation laser displacement sensor products come out in domestic market, the domestic market is totally occupied by foreign products 致谢 5-6 中文摘要 6-7 ABSTRACT 7 1 引言 10-14 1.1 研究意义 10 1.2 激光三角位移传感器国内外研究状况及发展动态 10-12 1.3 本论文的主要内容 12-14 2 基于四象限探测器的激光位移传感器研究 14-37 2.1 概述 14 2.2 三角法的基本原理 14-17 2.2.1 直射式14-16 2.2.2 斜射式 16-17 2.3 传感器设计 17- 30 2.3.1 光路设计 17-22 2.3.2 关键元件的参数 22-26 2.3.3 电路设计 26-29 2.3.4 机械设计 29-30 2.4 实验与分析 30-37 2.4.1 标定实验 30-33 2.4.2 振动测试实验 33- 35 2.4.3 误差分析 35-37 3 基于线阵CDD的激光位移传感器研究 37-43 3.1 概述 37 3.2 传感器设计 37- 39 3.2.1 光路设计 37 3.2.2 关键元件的参数 37-38 3.2.3 电路设计 38-39 3.3 实验与分析 39-43 3.3.1 实验方案 39-41 3.3.2 结果与分析 41-43 4 传感器的输出特性研究 43-54 4.1 概述 43 4.2 输出特性实验 43-50 4.2.1 实验方案 43- 46 4.2.2 实验结果 46-50 4.3 分析 50-54 5 总结与
激光多普勒测速
南京理工大学 课程考核论文 课程名称：图像传感与测量 论文题目：激光多普勒测速技术 姓名：陈静 学号： 314101002268 成绩： 任课教师评语： 签名： 年月日
激光多普勒测速技术 一、引言 激光多普勒测速技术即LDV(Laser Doppler Velocimetry)是伴随着激光器的诞生而产生的一种新的测量技术，它是利用激光的多普勒效应来对流体或固体速度进行测量的一种技术，广泛应用于军事、航空航天、机械、能源、冶金、水利、钢铁、计量、医学、环保等领域[1]。 激光测速技术的发展大体上可分为三个阶段。 第一个阶段是1964至1972年，这是激光测速发展的初期。在此期间，大多数的光学装置都比较简单，用各种元件拼搭而成，光学性能和效率不高，使用调准也不方便[2]。 第二个阶段是1973至1980年，在此期间，激光测速在光学系统和信号处理器方面有了很大的发展。光束扩展，空间滤波，偏振分离，频率分离，光学频移等近代光学技术相继应用到激光测速仪中。 第三个阶段是1981年至今。在此期间，应用研究得到快速发展[3]。 在发表的论文中，有关流动研究的论文急剧增加。多维系统，光纤传输技术以及数字信号处理和微机数据处理技术等的出现把激光多普勒技术推向更高水平，使用调整更加方便。此外，半导体激光器的应用是其小型化成为可能，推动激光多普勒测速走出实验室，迈向工业和现场应用。 二、主要内容 激光的多普勒效应是激光多普勒测速技术的重要理论基础，当光源和运动物体发生相对运动时，从运动物体散射回来的光会产生多普勒频移，这个频移量的
大小与运动物体的速度，入射光和速度方向的夹角都有关系。 由于其有许多潜在的独特功能，激光多普勒技术吸引了大量的实验流体力学和其他学科的研究工作者去研究和解决这些问题，使激光测速技术得到飞速发展，成为流动测量实验的有力工具[4]。 1.激光多普勒测速原理 激光测速的原理大致是这样：激光束射向流动着的粒子，粒子发出的散射光的频率改变了，通过光电装置测出频率的变化，就测得了粒子的速度，也就是流动的速度 [5]。 设一束散射光与另一束参考光的频率分别为12,s s f f ，它们到达光探测器阴极 表面的电场强度分别为： 1210112022cos(2) cos(2)s s E E f t E E f t π?π?=+=+ 式中，0102,E E 分别为两束光在光阴极表面处的振幅，12,??分别为两束光的初始相位。两束光在光阴极表面混频，其合成的电场强度为： 1212011022cos(2)cos(2)s s E E E E f t E f t π?π?=+=+++ 光强度与光的电场强度的平方成正比： 1222212010201021(t)()()cos[2()]2 s s I k E E k E E kE E f f t π?=+=++-+ 式中为k 常数，?为两束光初始相位差，12???=-。其中第一项为直流分量，可用电容器隔去，第二项为交流分量，其中12s s f f -是得到的多普勒频移。 多普勒频移与物体运动速度V 的关系为： 12[cos(,)cos(,)]s s i s V f f K K υυλ -=- 式中：i K 是激光的传播矢量，s K 为散射光传播矢量，υ是物理运动速度方
激光位移传感器的工作原理
ZLDS10河定制激光位移传感器 量程：2?1000m（可定制） 精度：最高0.1% （玻璃0.2%） 分辨率：最高0.03% 频率响应:2K.5K.8K.10K 基本原理是光学三角法： 半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集，投射到CCD 阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。 激光传感器原理与应用 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 激光和激光器一一激光是20世纪60年代出现的最重大的科学技术成就之一。它发展迅速，已广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面。激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1,在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸收光子能量受激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv,式中h为普朗克常数，v为光子频率。反之，在频率为v的光的诱发下，处于能级E2的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布），就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v 的诱发光得到增强，并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生强大的受激辐射光，简称激光。激光具有3个重要特性： （1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米； （2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上； （3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。
角度位移传感器的结构及应用
导电塑料位移传感器使用时一般按分压器原理以电压输出或转换电流输出（4~20ma）与轴旋转角度或直线位移成高精度的线性关系。其特点是高精度、高寿命、高平滑性、高分辨率。可用作位置反馈、位置检测、电平调节等。通常用于工业自动化、精密仪器仪表、电动执行器、纺织、注塑、数控的机床设备、医疗器械、汽车、火车、飞机、军舰、导弹等领域中的自动控制系统、伺服系统、信息反馈系统。 传感器结构主要是由电阻元件、轴、电刷、壳体、盖等组成，另加位移变送器或数字显示器。旋转式传感器有单联、双联二种，它们安装形式相同，分为螺母固定（如wdj27—1型）、螺钉固定（如wdj36—1型）和压板固定（wdj36—4型）三种，电信号引出一般采用接线柱形式。直滑式传感器的安装形式一般采用螺钉固定，电信号引出有三种形式：接线桩式（如：wdm14系列）、插座式（如cfy电子尺系列）和导线式（如cwy系列）。 三个接线柱或红、黄、蓝三根线对应标牌标记1、2、3分别表示：1是输入端;2是输出端;3是接地。（请注意：如果引出端2接错线会烧坏传感器）轴从1端到3端角度旋转或直线位移时阻值发生变化，由2端按线性规律高精度输出，同时通过变换电路将阻值变化转换为信号显示。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型，报价，采购，参数，图片，批发等信息，请关注艾驰商城https://www.360docs.net/doc/1219231905.html,。
激光位移传感器
随着21 世纪的到来,人们开始进入了以知识经济为特征的信息时代, 微电子技术、计算机技术、通讯网络技术及自动化技术高速发展的同时, 作为工业自动化技术工具的自动化仪表及装置也向数字化、智能化、网络化发展。传感器技术、计算机技术和通讯技术一起构成了现代信息的三大基石。 而非接触检测可以克服接触式检测的不足，对于各种测量目标都可以 提供高灵敏度、高精度、高效率的数据采集，从而实现对被测物各种参 数的非接触测量。它不会造成被测表面的划伤和损坏，对各种材料制成 的工件皆可实现测量。非接触检测的最大优点是在被检测物体加工过程 中便可实现测量。非接触检测的最大优点是在被测物体加工过程中便可 对其进行测量，即在线实时检测，从而实现对加工过程的控制，降低废 品率，可大大节省检测时间，提高生产效率，这是接触式检测方式所无 法比拟的。 目前，非接触检测主要以激光检测和红外探测为为代表，而激光检 测技术是最先进应用最广泛的检测技术之一。可实现高精度、高效率、 非接触在线检测。对于解决国防及民用工业生产中的产品零件检测难题 起到了及其重要的作用。 传感器是利用某种转换原理, 将物理的、化学的、生物的等外界信号变成可以直接测量的电信号的装置。在实现生产自动化的过程中,采用适当的传感器(能满足系统要求的长期稳定性、可靠性、精确度 等性能指标) 是十分重要的。传感器是现代检测与控制系统中必不可少的组成部分,它的好坏直接关系到整个系统的成败。在传感器测量技术中, 越来越广泛地运用了超声、微波、激光等声、光、电技术来解决不同工业领域中遇到的特殊测量问题和提高性能的要求。激光器作为一种新型光源, 与普通光源有显著的不同。他利用受激发射原理和激光腔的滤波效应,使所发光波具有一系列新的特点。激光检测技
位移传感器
位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。模拟式又可分为物性型和结构型两种。 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；
角度位移传感器原理及其应用实例
角度位移传感器原理及其应用实例 时间：2012-02-08 17:10:54 来源：作者： 角度位移传感器是利用角度变化来定位物体位置的电子元件。适用于汽车，工程机械，宇宙装置、导弹、飞机雷达天线的伺服系统以及注塑机，木工机械，印刷机，电子尺，机器人，工程监测，电脑控制运动器械等需要精确测量位移的场合。本文介绍角度位移传感器原理及其应用实例。 角度位移传感器原理 角度传感器用来检测角度的。它的身体中有一个孔，可以配合乐高的轴。当连结到RCX 上时，轴每转过1/16圈，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数增加，转动方向改变时，计数减少。计数与角度传感器的初始位置有关。当初始化角度传感器时，它的计数值被设置为0，如果需要，你可以用编程把它重新复位。 角度位移传感器实例 如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说，角度传感器转三周，主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位，所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。现在，我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是，每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子，直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位)，因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。现在已知量都有了：齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率(每旋转一周计数值)，G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即： I=G×R 在例子中，G为3，对于乐高角度传感器来说，R一直为16.因此，我们可以得到：I=3×16=48 每旋转一次，齿轮所经过的距离正是它的周长C，应用这个方程式，利用其直径，你可以得出这个结论。 C=D×π 在我们的例子中：
激光多普勒测速系统
激光多普勒测速系统 一、概述： 项目背景： 该项目主要通过激光器和激光接收机实时检测目标的XYZ方向上的相对速度，并将3个方向的速度值矢量合成后，通过串口上报给主机。 系统原理如下： ●通过特殊的调制信号激励激光器，发射连续波激光。 ●同时在不同阶段接收从目标反射回的信号并通过高速ADC采集这些信号。 ●FPGA实时进行FFT计算，根据FFT结果比较不同阶段的频偏和符号。 ●根据多普勒效应，通过频偏大小和频偏方向，就能计算出目标的相对速度和方向。 ●3个通道通过不同角度的合成，可以最终计算出目标的相对矢量速度。 ●通过串口将速度数据传到上位机。
系统原理框图如下： 我们面临的挑战： ●由于物体相对速度较快，达到125m/s；对应的信号带宽为DC-250MHz左右， 需要1GHz进行高速采集。 ●同时对1Gsps的数据量进行最大32K点FFT时，数据覆盖率达50%上。此时单 一的FFT模块在FPGA中计算时间不够，需要4路FFT并行计算；逻辑设计难 度较大。 ●要求测试距离在3KM以上。由于激光在大气中的衰减比较严重，同时受到大气 的干扰也比较严重。致使回波信号比较弱，同时不稳定。 示波器捕获的原始数据
解决方案： 根据实际系统和算法处理精度要求，硬件系统采用如下设计： ?10bit1GSPS ADC，三通道同步采集。 ?低噪声模拟前端，支持程控增益放大，50Ω阻抗SMA接口。 ?模拟带宽DC-250MHz。 ?板载1024MB DDR3内存。 ?高稳定度，超低低抖动时钟发生器。 ?低噪声电源设计。 ?采用Xilinx XC5VSX95T FPGA，FPGA实现实时FFT和信号检测算法功能。 ?TI C6455DSP，工作频率1GHz，用于3波束速度合成算法和FPGA控制。 ?两个RS422/RS485接口。 二、系统整体框图如下： 系统整机的实物图如上
激光位移传感器的工作原理复习进程
激光位移传感器的工 作原理
ZLDS10X可定制激光位移传感器 量程: 2～1000mm（可定制） 精度: 最高0.1%（玻璃0.2%） 分辨率: 最高0.03% 频率响应: 2K.5K.8K.10K 基本原理是光学三角法： 半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集，投射到CCD 阵列4上；信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。 激光传感器原理与应用 激光传感器是利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。 激光和激光器——激光是20世纪60年代出现的最重大的科学技术成就之一。它发展迅速，已广泛应用于国防、生产、医学和非电测量等各方面。激光与普通光不同，需要用激光器产生。激光器的工作物质，在正常状态下，多数原子处于稳定的低能级E1,在适当频率的外界光线的作用下，处于低能级的原子吸
收光子能量受激发而跃迁到高能级E2。光子能量E=E2-E1=hv,式中h为普朗克常数，v为光子频率。反之，在频率为v的光的诱发下，处于能级 E2的原子会跃迁到低能级释放能量而发光，称为受激辐射。激光器首先使工作物质的原子反常地多数处于高能级（即粒子数反转分布），就能使受激辐射过程占优势，从而使频率为v的诱发光得到增强,并可通过平行的反射镜形成雪崩式的放大作用而产生强大的受激辐射光，简称激光。激光具有3个重要特性： （1）高方向性（即高定向性，光速发散角小），激光束在几公里外的扩展范围不过几厘米； （2）高单色性，激光的频率宽度比普通光小10倍以上； （3）高亮度，利用激光束会聚最高可产生达几百万度的温度。 激光器按工作物质可分为4种： （1）固体激光器：它的工作物质是固体。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器 (即YAG激光器)和钕玻璃激光器等。它们的结构大致相同，特点是小而坚固、功率高，钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件，已达到数十兆瓦。 （2）气体激光器：它的工作物质为气体。现已有各种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器，其形状如普通放电管，特点是输出稳定，单色性好,寿命长,但功率较小，转换效率较低。 （3）液体激光器:它又可分为螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器，其中最重要的是有机染料激光器，它的最大特点是波长连续可调。 （4）半导体激光器：它是较年轻的一种激光器，其中较成熟的是砷化镓激光器。特点是效率高、体积小、重量轻、结构简单，适宜于在飞机、军舰、坦克上以及步兵随身携带。可制成测距仪和瞄准器。但输出功率较小、定向性较差、受环境温度影响较大。 应用——利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光传感器常用于长度、距离、振动、速度、方位等物理量的测量，还可用于探伤和大气污染物的监测等。 激光测长—— 精密测量长度是精密机械制造工业和光学加工工业的关键技术之一。现代长度
角位移传感器(详细介绍)
角位移传感器 角位移传感器的概念 角位移传感器是把对角度测量转换成其他物理量的测量,它采用非接触式专利设计，与同步分析器和电位计等其它传统的角位移测量仪相比，有效地提高了长期可靠性。下图所示为是角位移传感器的一种型号： 角位移传感器的原理 有以下三种情况： (1)将角度变化量的测量变为电阻变化测量的变阻器式角位移传感器, (2)将角度变化量的测量变为电容变化的测量的面积变化型电容角位移传感器, (3)将角度变化量的测量变为感应电动势变化量的测量的磁阻式角位移传感器等等. 它的设计独特，在不使用诸如滑环、叶片、接触式游标、电刷等易磨损的活动部件的前提下仍可保证测量精度。如下图所示： 角位移传感器简化原理图 角位移传感器特点： 该传感器采用特殊形状的转子和线绕线圈，模拟线性可变差动传感器(LVDT)的线性位移，有较高的可靠性和性能，转子轴的旋转运动产生线性输出信号，围绕出厂预置的零位移动±60(总共120)度。此输出信号的相位指示离开零位的位移方向。转子的非接触式电磁耦合使产品具有无限的分辨率，即绝对测量精度可达到零点几度。
角位移传感器的应用 从力学分类来看，有一种在静态下工作的角位移传感器，例如吊车和塔吊的吊臂上就用重锤方式角位移传感器，只能用于没有加速度运动的环境，通俗的理解就是不能在运动剧烈的环境上应用，只能用在静态的场合，是地球重力场直接作用下的倾斜仪器，类似的有气泡水准仪器，例如在经纬仪，全站仪，装修行业上使用，水平联通管也是类似的原理。 角位移传感器标准的测量方法是在旋转编码器上加重锤，重锤是产生重力作用的元件，在车辆运动环境下，就要用空气阻尼、油池阻尼、电磁阻尼来抑制重锤的晃动以至振荡，就必然使角位移传感器的灵敏度下降，响应速度下降。 角位移传感器也有非绝对编码，是增量输出的，如果没有起始脉冲专门信道，就要用自己外加初始定位传感器，一般是用红外的标准产品，缺点是精度低。 使用地磁角位移传感器基本上不受环境振动影响，又受电磁干扰影响，比赛车辆自身的电动机就要磁屏蔽。 航海、航空和航天器使用一种红外角位移传感器，对环境的可见光或红外辐射进行立体的比较，最简单的是求出运载工具相对太阳的姿态，是广角和立体摄影和图像处理技术的综合，最简单地要分辨地平线;在比赛的空间，要受到小环境的光线干扰。 角位移传感器的主要技术参数： 1.旋转位移，工作温度范围大，自带信号调节 2.免接触型传感器，适应不良环境(振动、冲击、潮湿、盐雾等，出色的温度稳定性) 3.线性(100%行程)：0.25~0.5 4.多种范围、直流输出 5.CE认证 电容式角位移传感器原理分析 电容式角位移传感器用于测量固定部件(定子)与转动部件(转子)之间的旋转角度，因其具有结构简单，测量精度高，灵敏度高，适合动态测量等特点，而被广泛应用于工业自动控制、汽车、航天及军事等角度定位监测领域。 一般来说，电容式角位移传感器由一组或若干组扇形固定极板和转动极板组成，为保证传感器的精度和灵敏度，同时避免因环境温度等因素的改变导致介电常数、极板形状等的间