课程设计差动变压器位移传感器
传感器与检测技术项目式教程项目6差动变压器位移传感器的安装与测试
• 项目描述 • 本项目要求安装与测试一台差动变压器式位移传感器。 • 互感型变压器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。 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。 • 知识和能力目标； • 掌握自感式电感传感器基本结构、工作原理。 • 掌握互感式电感传感器基本结构、工作原理。 • 掌握差动电感工作方式的特点。 • 了解电感传感器的测量转换电路组成及其工作原理。 • 能正确分析由电感传感器组成的检测系统工作原理 。
项目拓展
• 四、电感式传感器的应用 • （一）自感式传感器的应用 1.自感式测厚仪
它采用差动结构，其测量电路为带相敏整流的交流电桥。 当被测物的厚度发生变化时，引起测杆上下移动，带动可动 铁心产生位移，从而改变了气隙的厚度，使线圈的电感量发 生相应的变化。此电感变化量经过带相敏整流的交流电桥测 量后，送测量仪表显示，其大小与被测物的厚度成正比。
（二）差动变压器测量电路
• 1.差动整流电路
• 2.差动相敏检波电路
图4-18 差动相敏检波电路正半周时效电路负半周时等效电路
• (3) 波形图
项目实施
• 三、差动变压器位移传感器的安装与测试 • 通过本实训项目的学习使大家了解差动变压器的工作原理 和特性。 • 本实训项目需用器件与单元：差动变压器实验模块、测微 头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡 器）、直流电源、万用表。如图6-19所示。
• 3.旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vpp为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位 移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头， 每隔0.5mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表6-1。 再从Vp-p最小处反向位移做操作，在操作过程中，注意左、 右位移时，初、次级波形的相位关系。 • 4．实训过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变 压器的零点残余电压大小。根据表6-1画出Vop-p-X曲线， 作出量程为±4mm、±6mm灵敏度和非线性误差。
实验二 差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的1、通过实验，掌握差动变压器式电感传感器的基本工作原理。
二、实验原理差动变压器式电感传感器是利用感应电动势的方法，将物理量（如位移、压力、力等）转换为电信号的电子传感器。
差动变压器式电感传感器的基本组成为：主变压器、感应线圈和吸引式铁芯。
其中主变压器的主要作用是调制、解调信号，感应线圈是感应位移的探头，吸引式铁芯则用于传递感应力或位移作用。
当感应线圈产生了位移时，感应线圈中的磁通量随之变化，从而产生了感应电动势。
通过差动测量，可以得到感应线圈中的感应电动势。
差动变压器式电感传感器在运转中，其电感值随着位移的变化而变化。
最终，差动变压器式电感传感器可以将位移信号转化为电信号，并将转化后的电信号输出。
差动变压器式电感传感器相对于其他传感器的优势在于，其精确度比较高，线性度良好，同时具有较高的抗干扰能力和稳定性，适用于许多高精度位移测量场合。
三、实验器材与仪器2、数字万用表3、直流稳压电源4、温度控制器5、实验样品四、实验步骤1、连接实验装置：将差动变压器式电感传感器、数字万用表、直流稳压电源和温度控制器按照电路线路图连成一整个电路。
待连接完毕后，检查各个实验器材连接是否牢固且正确。
2、打开电源：将直流稳压电源和温度控制器的电源开关打开。
3、调节电源电压：调节直流稳压电源输出电压为3V并固定。
4、测量初始电压：将数字万用表的测量回路连接至差动变压器式电感传感器的输出端口，调节温度控制器以达到室温环境下的温度值。
在测定之前，需要先将应变计（或激光信号测试仪等测试仪器）分别置于初态位置和终态位置，然后测量出其初始电压值和终态电压值，并记录下来。
5、应变测试：通过手动控制实验样品位移并使实验样品进行定量的变化，此时差动测量器的输出电压值也会相应变化。
根据变化的大小，对应获取测量结果，并记录下差动测量器的输出电压值。
6、数据分析：在完成实验测量之后，需要对实验测量数据进行分析，并得到本次实验的相关结论。
差动变压器课程设计
差动变压器课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握差动变压器的工作原理、结构特点及其应用。
知识目标要求学生了解差动变压器的原理，能够画出其基本结构，并理解其在电力系统中的应用。
技能目标要求学生能够通过实验或者模拟软件，实际操作差动变压器，并对其进行简单的故障排查。
情感态度价值观目标则是希望学生能够认识到差动变压器在电力系统中的重要性，培养他们对电力系统的兴趣和责任感。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括差动变压器的工作原理、结构特点及其在电力系统中的应用。
首先，我们会介绍差动变压器的工作原理，让学生了解其是如何工作的。
然后，我们会讲解差动变压器的结构特点，让学生能够通过图示或者模型，直观地了解差动变压器的构造。
最后，我们会结合实际案例，让学生了解差动变压器在电力系统中的应用，以及其重要性。
三、教学方法为了达到本节课的教学目标，我们会采用多种教学方法。
首先，我们会使用讲授法，系统地讲解差动变压器的工作原理和结构特点。
然后，我们会使用实验法，让学生亲自动手操作差动变压器，加深他们对知识的理解。
同时，我们也会使用讨论法，让学生分组讨论，共同解决问题。
通过这些教学方法，我们希望能够激发学生的学习兴趣，提高他们的学习主动性。
四、教学资源为了支持本节课的教学内容和方法，我们会准备相应的教学资源。
教材自然是必备的，我们会选择一本与差动变压器相关的教材，作为学生学习的依据。
参考书则会选择一些与电力系统相关的书籍，以丰富学生的知识视野。
多媒体资料方面，我们会准备一些差动变压器的图片、视频等，以直观地展示差动变压器的结构和工作原理。
实验设备方面，我们会准备一些差动变压器的模型或者实际设备，让学生能够亲自操作，增强他们的实践能力。
五、教学评估本节课的评估方式将包括平时表现、作业和考试三个部分。
平时表现评估将根据学生在课堂上的参与度、提问回答等情况进行。
作业评估将包括课后作业和小测验，以检验学生对差动变压器知识的掌握。
差动变压器式位移测量系统设计、制作及其精度分析设计
差动变压器式位移测量系统设计、制作及其精度分析设计哈尔滨理工大学学年设计题目：差动变压器式位移测量系统设计制作及其精度分析班级：测控10-5目录第1章绪论 (2)1.1 课程设计目的意义 (2)1.2 课程设计任务 (2)1.3 课程设计时间安排 (2)第2章总体方案设计 (3)2.1 工作原理 (3)2.2 系统组成 (7)第3章硬件电路设计 (8)3.1 传感器设计 (8)3.2 转换电路设计 (9)3.3 振荡电路设计 (12)3.4 仿真实验13第4章系统标定、测试与精度分析 (17)4.1传感器参数设计 (17)4.2实验数据 (18)4.3数据处理 (18)结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)心得体会 (22)- I -绪论课程设计目的意义这门课程是在测控技术专业学生学习了误差理论、测控电路和传感技术课程之后开设的综合性的实践课程，通过本课程的训练，除了使学生掌握误差理论、传感技术和测控电路的基本理论，主要致力于培养学生综合运用误差理论、测控电路和传感技术相关理论知识，合理地选择、使用、设计、制作、调试传感器以及变送电路的能力，尤其是培养学生建立测量误差存在于测量全过程的概念，掌握测试结果数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法。
采用异步教学方法组织实践教学，培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力。
课程设计任务1、设计传感器根据传感器的工作原理，设计差动变压器式电感传感器。
包括传感器参数设计和架构设计。
2、测绘传感器- II -对给定的差动变压器式电感传感器进行结构尺寸测绘，包括初级线圈，次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部分。
3、画出传感器的结构图。
4、采用分立元件设计差动变压器式电感传感器的转换及调理电路，给出各元器件参数，并画出电路的原理图。
5、设计并加工制作PCB板。
焊接电路板，并完成电路板的调试，输出要求的直流信号。
6、对所设计的位移测量系统进行标定。
对该系统给定标准位移输入信号，测出系统输出信号，并对所获得数据进行数据处理，建立回归方程，进行方差分析及显著性检验，给出回归精度估计。
差动变压器式位移传感器的原理
差动变压器式位移传感器的原理“同学们，今天咱们来好好讲讲差动变压器式位移传感器的原理。
”我站在讲台上对学生们说道。
差动变压器式位移传感器是一种常用的测量位移的传感器。
它主要是基于变压器的原理来工作的。
想象一下，有一个初级线圈，就像一个中心轴一样，然后在它的两边对称地放置两个次级线圈。
当有一个可移动的铁芯在这个线圈中间移动时，就会引起磁场的变化。
比如说，我们有一个实际的例子，在工业生产中，需要精确测量某个部件的微小位移。
这时就可以用到差动变压器式位移传感器。
当部件发生位移时，铁芯也跟着移动，这就导致两个次级线圈中的感应电动势发生变化。
通过测量这个变化，我们就能知道位移的大小和方向。
这种传感器有很多优点。
首先，它的测量精度比较高，可以检测到非常微小的位移变化。
其次，它的线性度好，输出信号与位移之间的关系比较简单直接，容易处理和分析。
而且，它的稳定性也不错，在不同的环境条件下都能可靠地工作。
同学们可能会问，那它有没有什么局限性呢？当然有啦。
比如，它对磁场干扰比较敏感，如果周围有强磁场存在，可能会影响测量结果。
还有，它的测量范围相对来说不是特别大，对于一些非常大的位移可能不太适用。
为了让大家更好地理解，我们再来看一个例子。
在汽车制造中，为了确保汽车的质量和性能，需要对一些关键部件的位移进行精确测量。
比如发动机的活塞位移，就可以用差动变压器式位移传感器来监测。
这样就能及时发现问题，保证汽车的正常运行。
在实际应用中，我们还需要注意一些问题。
比如要正确安装传感器，保证铁芯的运动顺畅。
还要对传感器进行定期校准，以确保测量的准确性。
总之，差动变压器式位移传感器是一种非常重要的传感器，在很多领域都有着广泛的应用。
希望同学们通过今天的学习，能对它有更深入的了解。
实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验一差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的：通过差动变压器实验模板来了解差动变压器的工作原理和特性。
二、基本原理：电感式传感器的基本原理是电磁感应。
在电感式传感器中，互感式传感器是把被测量的变化转换为变压器的互感变化。
变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电势。
由于变压器的次级线圈常接成差动形式，故又称为差动变压器式传感器。
差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。
当差动变压器随着被测体移动时差动变压器的铁芯也随着轴向位移，从而使初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级线圈感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接。
），就引出差动电势输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
****同名端：定义一：在同一磁通变量作用下，产生同极性感应电势的端子，为同名端。
定义二：主线圈在某一个瞬间电位为正时，付线圈也一定在同一个瞬间有一个电位为正的对应端，这时我们把这两个对应端叫做该设备线圈的同极性端，或者叫同名端。
同名端大多用在电流互感器及电压互感器上，对变压器称谓同名端的情况很少；因为变压器有多种接线组别，当一、二次绕组接线组别不一致时，可能没有同名端。
图1 差动变压器原理图在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。
初级线圈的复数电流值为ω—激励电压的角频率； 1U —激励电压的复数值； 根据电磁感应定律，次级绕组中感应电势的表达式为111I M j U ω-= 122I M j U ω-=当铁芯位于线圈中心位置时1200U U ,U ==当铁芯向上移动时>12U U , | |>00U 当铁芯向下移动时<12U U , | |<00U 当铁芯偏离中心位置时，则输出电压随铁芯偏离中心位置程度，逐渐增大，但相位相差180度，但实际上，铁芯位于中心位置，输出电压并不是零电位而是存在零点残余电压，如图2所示。
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 (2)1.1 概述 (2)1.2 设计任务 (2)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 (112)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。
差动变压器式位移传感器lvdt设计原理
[8] ANALOG DEVICES. LVDTsignal 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100mm2）灵敏度不小于80V/m3）非线性误差不大于10%4）零位误差不大于1mv5）.电源为9v，400HZ6）.最大尺寸结构为160mmX21mm2.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，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
图2为三节式螺管型差动变压器的示意图。
图2 三节式差动变压器的结构形式三．螺管型差动变压器的参数计算现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图3。
差动变压器式位移传感器的设计与实现
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｖｏｌ ２ Ｎ ０． ３ ４
Ｄｅ ｅ ｅ ０ｌ ｃ ｍｂ ｒ ２ ｌ
差 动 变 压 器 式位 移 传 感 器 的设 计 与 实现
陈 贞 李 晓虹 张 键
所示 ， 由一个 初级 线 圈、 个 次级 线 圈 、 自 由移 它 两 可
动的杆状铁 芯、 心线 圈骨架、 壳等部 件组成 。 空 外
Ｌ Ｔ工作 过程 中， 心 的运 动 不 能超 出线 圈的线 ＶＤ 铁
应 变式 、 电感 式 、 差动 变压 器式 、 涡流 式 、 尔等 位移 霍
传 感器 来检 测 ， 的位 移 常 用 感应 同步 器 、 栅 、 大 光 容
确定 ， 因此 ＡＤ ９ ５ ８既 可驱 动 高 达 ２ Ｖ、 率 范 围 为 ４ 频
２ Ｈｚ ０ｋ ０ ￣２ Ｈｚ的 Ｌ Ｔ 原 边 线 圈 ， 可 接 受 最低 ＶＤ 又 为 １ ０ｍＶ 的次 级 输 入 ， 以 适 用 于许 多不 同类 型 ０ 所 的 Ｌ ＶＤＴ。 除 此 之 外 还 有 输 出 放 大 器 和 接 收 Ｌ ＤＴ 次 级 输 出 的两 个 正 弦 信 号 的输 出 级 、 法 Ｖ 除 器、 滤波 器及其 输 出放大 器 。在 Ａ ９ Ｄ５ ８芯 片 的除法
以获得一 个 与 铁 芯 位 移 成 线 性 函数 关 系 的特 征 曲 线 。当铁 芯处 于两 个 二 次 线 圈 中 间位 置 时 ， 两个 次 级线 圈产 生 的感应 电 动 势相 等 ， 一Ｅ 一０ 输 Ｅ一 。 ，
１ 差 动 变压 器 式位 移 传 感 器
（ Ｉ ＶＤＴ） 的工 作 原 理 及 特 点
[工学]实验6差动变压器测量位移
![[工学]实验6差动变压器测量位移](https://img.taocdn.com/s3/m/51537546001ca300a6c30c22590102020740f2de.png)
[工学]实验6差动变压器测量位移实验目的：1.了解差动变压器的原理及其应用。
2.熟练掌握测量位移的方法及其主要错误来源。
实验仪器：1.差动变压器1台；2.计时器1台；3.位移传感器1台；4.直流电源、万用表等。
实验原理：差动变压器是利用互感原理制作的，通常由两个沿核心轴线方向定位的线圈构成。
在这两个线圈中，一个线圈中通以电流I1，能够产生磁通φ1，此时沿磁通闭合回路中的另一个线圈中将产生感应电压U2。
另一个线圈中通以电流I2，能够产生磁通φ2，此时沿磁通闭合回路中的第一个线圈中将产生感应电压U1。
于是，在两个线圈中交变电流作用下，产生了两个电磁感应现象。
如果将这两个线圈相互连接，在通以外部信号电流的情况下，就产生了两个端口间的电压差，从而实现了差动变压器的电压放大作用。
该实验利用差动变压器测量位移的原理，是利用位移传感器测量物体的位移并将其转化为电压形式，然后加以放大，使差动输出电压与物体位移之间成线性关系，从而实现位移的测量。
实验步骤：1.将位移传感器与差动变压器连接好，调节电源电压使得差动输出电压在零位。
2.将位移传感器固定在工作台的滑块上，使其与测量信号轴线垂直，用刻度尺量取滑块的起始位置，并记录下来。
3.调整差动变压器的输出电压，记录下滑块与工作台之间的距离。
4.记录下移动时间，计算测量位移的平均速度，并将结果与实际位移进行比较。
5.反复进行多次实验，对比误差，总结并分析实验结果。
注意事项：1.在实验过程中，要注意灵敏度和调整抗干扰能力，保持测量的精度。
2.测试过程中要注意安全，并防止传感器的二次负载、接线错误等问题。
3.保持仪器设备的干净和整洁，防止灰尘和污秽进入仪器内部。
实验结果：通过实验，我们发现差动变压器可以把位移传感器获得的微小信号放大成为需要的信号。
在实际位移测试中，我们通过测量位移的平均速度并将其结果与实际位移进行比较，以此来评估差动变压器的准确性和精度。
经多次实验和数据分析，我们发现，在不同的工作环境下，差动变压器的性能差异和稳定性也不同。
对差动变压器式传感器的分析
对差动变压器式传感器的分析姓名：姚鑫磊学号：15032073班级：15级7班对差动变压器式传感器的分析差动变压器式传感器的介绍差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。
它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。
差动变压器式传感器的原理及特性分析差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。
典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。
加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。
当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。
因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。
相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。
这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。
当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。
产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。
当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180°。
相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。
电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。
图1-1 差动变压器构造原理图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系x＋X－X ＋X －XP 零点差动变压器式传感器的特性与灵敏度分析将差动变压器作为位置传感器时，选择的规格项目如下：激磁电源（频率、电压、波形等）；结构（是否需要导座和弹簧）；线性范围（通常为±1%，高档品为±0.5%～±0.2%）；灵敏度（对应铁芯位移1mm的输出）；阻抗（输入端、输出端阻抗）；连接条件（电缆、插座、输入电路等）；装配方法（与被测对象的连接方法等）；环境条件（温度、湿度、灰尘、防水性、防锈条件等）。
位移传感器课程设计
位移传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生理解位移传感器的基本概念，掌握其工作原理和分类；2. 学生能够运用物理知识，解释位移传感器在实际应用中的功能；3. 学生了解位移传感器在自动化、机器人技术等领域的重要性。
技能目标：1. 学生能够正确操作位移传感器，进行简单的数据采集和信号处理；2. 学生通过实际操作，培养动手能力和问题解决能力；3. 学生学会使用相关软件对位移传感器数据进行处理和分析。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理科学的兴趣，提高探索未知、创新实践的精神；2. 学生认识到位移传感器在现代科技发展中的重要作用，增强社会责任感和使命感；3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力。
课程性质：本课程属于物理学科，结合传感器技术，旨在培养学生的实践能力和创新精神。
学生特点：本年级学生具有一定的物理知识基础，对新兴科技具有好奇心，动手能力较强。
教学要求：结合课程内容，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高学生的综合素养。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。
二、教学内容1. 位移传感器基础知识：- 传感器定义、作用及分类；- 位移传感器原理及其在自动化领域的应用。
2. 位移传感器的种类及特点：- 电位计式、光栅式、磁电式等位移传感器的工作原理和性能比较；- 各类位移传感器在实际应用中的优缺点分析。
3. 位移传感器的操作与数据处理：- 位移传感器的安装、调试及使用方法；- 使用相关软件（如Excel、Processing等）对采集到的数据进行处理和分析；- 数据处理过程中常见问题及解决方法。
4. 实践项目：- 设计简单的位移测量实验，培养学生的动手实践能力；- 结合课程内容，开展小组合作项目，提高学生团队协作能力。
教材章节关联：- 《物理》教材中有关传感器的内容；- 《传感器原理与应用》教材中关于位移传感器的章节。
教学内容安排与进度：- 第一课时：位移传感器基础知识及分类；- 第二课时：各类位移传感器的工作原理及特点；- 第三课时：位移传感器的操作与数据处理；- 第四课时：实践项目及小组合作项目展示与总结。
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告
差动变压器式位移传感器静态特性验证实验报告实验目的：本实验旨在验证差动变压器式位移传感器的静态特性，包括灵敏度、线性度和稳定性等方面。
实验器材：1.差动变压器式位移传感器2.信号发生器3.示波器4.多用表实验步骤：1.将差动变压器式位移传感器连接至信号发生器和示波器。
确保连接正确并稳定。
2.设置信号发生器的频率为固定值，如100Hz，并逐步增加信号幅度，记录传感器输出电压与输入电压的关系。
3.根据记录的数据绘制传感器的灵敏度曲线。
计算并记录不同输入电压下的输出电压变化率，即灵敏度。
4.改变输入电压的频率，如50Hz、200Hz等，重复步骤2和3，以验证传感器在不同频率下的灵敏度变化情况。
5.将输入信号的幅度设置为固定值，如2V，并逐步改变输入信号的频率，记录传感器输出电压与频率的关系。
6.根据记录的数据绘制传感器的频率响应曲线。
计算并记录不同频率下的输出电压变化率。
7.通过对比不同频率下的输出电压变化率，评估传感器的线性度。
8.持续输入相同信号，观察传感器输出电压的稳定性。
记录并分析传感器输出的波动情况。
实验结果与讨论：根据实验数据绘制的灵敏度曲线表明，在不同输入电压和频率下，差动变压器式位移传感器的灵敏度基本保持稳定。
通过对比不同频率下的输出电压变化率，可以得出传感器具有较好的线性度。
此外，传感器在持续输入相同信号的情况下，输出电压波动较小，表现出较好的稳定性。
结论：差动变压器式位移传感器在静态条件下表现出良好的特性，包括稳定的灵敏度、良好的线性度和稳定性。
这些特性使其在位移测量等领域具有广泛的应用前景。
《传感器与自动检测技术(第4版)》教学教案(模块3)
《单元1 差动变压器式传感器》教案课题单元1 差动变压器式传感器教学目的1、了解差动变压器的结构及工作原理2、掌握差动整流电路的工作原理，了解差动变压器的应用教学重点差动整流电路教学难点差动整流电路教学资源多媒体教学课件，差动变压器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入模块三电感式及电容式传感器电感式或电容式传感器就是把被测量的变化转换为电感或电容的变化，然后通过对电感或电容的测量达到对非电量检测的目的。
单元1 差动变压器式传感器差动变压器式传感器是根据互感的变化来感知被检测量的。
【实物演示】差动变压器实物提纲挈领法演示展演法概念分析一、电感式传感器简述电感式传感器可分为自感式、互感式、电涡流式三大类。
自感式传感器是把被测位移量转换为线圈的自感变化；互感式传感器是把被测位移量转换为线圈间的互感变化，传感器本身是一个变压器；电涡流式传感器是把被测位移量转换为线圈的阻抗变化。
【图示】交流差动变压器式角位移传感器；GA系列差动变压器位移传感器；TD-1油动机行程阀位位移传感器二、差动变压器式传感器的工作原理1．结构可分间隙式和螺管式两种2．工作原理等效电路如图所示。
基本思想：把铁芯位移量转换成初级线圈及次级线圈互感系数的变化，图中M1、M2与位移x有关，当位移x很小时U o=k1|x | （无法判别位移方向）【动画】差动变压器原理动画【图示】差动变压器输出特性概念推演法图示讲演法概念讲演法动画演示法图示讲演法《单元2电涡流式传感器》教案《单元3电容式传感器》教案课题单元3 电容式传感器教学目的1、了解电容式传感器的工作原理及结构特点2、掌握变压器电桥的原理和脉冲宽度调制电路的特点3、了解电容传感器的调频电路，熟悉电容传感器的应用教学重点变压器电桥、差动脉冲调宽电路；电容式传感器的应用教学难点变压器电桥教学资源多媒体教学课件，电容式传感器实物教学手段多媒体课堂教学，实物演示教学教学过程及教学内容教学方法引入单元3 电容式传感器电容式传感器通过电容传感元件将被测物理量的变化转换为电容量的变化，再经测量转换电路转换为电压、电流或频率。
差动变压器式位移传感器
差动变压器式位移传感器简介差动变压器式位移传感器是用来测量物体位移的一种传感器，其原理是通过差动变压器电路来实现。
它是工业测量和控制领域中常用的一种传感器，用于测量机械或结构的位移变化。
差动变压器电路差动变压器电路由两个相等的线圈组成，它们共同构成了感知单元。
一个线圈通入交流电源，另一个线圈和感测器构成一个变压器，它的输出电压随感知单元的位移发生变化。
当这两个线圈处于相等且相位相同的条件下，恰好产生同相的电磁场；当物体发生位移后，感知单元距离两个线圈都有所改变，会使得线圈的感应电动势发生变化，从而使两个电动势差生变化，也就是常说的“差模信号”。
这个信号可以通过测量来确定物体的位移。
应用领域差动变压器式位移传感器的应用领域非常广泛，常用于测量结构振动、温度变化以及力学变形等物理量。
它也被广泛应用于高精度工具的制造及人工智能领域的机器人和自动化设备中。
工业制造在工业制造中，差动变压器式位移传感器可以用于检测机器的精度和稳定性，比如进行机床的重量平衡和精度调整。
此外，它也广泛用于非接触式测量机器的运动和振动，比如检测振动传感器和运动控制器等。
人工智能在人工智能和机器人领域，差动变压器式位移传感器也具有重要的应用价值。
例如，在机器人领域，它可以用于控制机器人的运动和位置，提高机器人的各项性能指标，如协作、灵活性和精度。
医疗保健此外，差动变压器式位移传感器还可以应用于医疗保健领域。
它可以用来测量患者的呼吸和心跳等生理指标，以帮助医疗保健机构更好地监护患者的健康状况。
总结差动变压器式位移传感器是一种应用非常广泛的传感器，其原理是通过差动变压器电路来实现对物体位移的测量。
在工业制造、人工智能和医疗保健领域中，它都有着很重要的应用价值。
差动变面积式电容位移传感器设计
差动变面积式电容位移传感器设计燕山大学课程设计说明书题目:差动变面积式电容位移传感器设计学院(系):电气工程学院年级专业:学号:学生姓名:指导教师:提交日期: 2012年1月6日燕山大学《传感器原理与设计》任务书院(系):电气工程学院基层教学单位:仪器科学与工程系0901030学号学生姓名张晓丽专业(班级) 09精仪1班20002设计具有长线补偿能力的直流放大器的称重传感器设计题目设 1. 测量范围:-1mm,+1mm计 2. 线性度(,Fs):0.5 技3. 分辨率(μm):0.01 术参 4. 灵敏度(P,,,,):2.3数1.理论设计方案及论证2.传感器结构设计、理论分析、参数计算设3.测量电路设计、分析、参数计算计 4.寄生电容的干扰及消除5.绘出传感器的结构示意图和测量电路要6.结合传感器试验平台，确定传感器的静态的灵敏度和线性范围。
求7.结合试验平台，设计电容传感器的电子秤应用试验8.提交课程设计说明书工第一周:周1~周2:收集消化资料及拟定设计方案作周3~周5:敏感元件、传感元件设计、转换电路设计计第二周:周1~周3:设计结果实验验证与演示。
划周4~周5:撰写设计说明书，答辩。
参 1.唐文彦《传感器》(第4版)机械工程出版社 2007年考 2.李科杰《新编传感器技术手册》国防工业出版社 2002年资 3.其他:传感器原理、接口电路、设计手册类参考书料指导教基层教学单位主任签字师签字摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小，同时还能减小静电引力给测量带来的影响，并能有效的改善高温等环境影响造成的误差，因而在许多测量场合中被广泛应用。
把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化，电容式传感器的电容值十分微小，必须借助信号调理电路，将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出。
传感器原理与检测技术差动变压器：位移测量实验
当铁芯左右移动时观察示波器中显示的初级线圈波形次级线圈波形当次级波形输出幅值变化很大基本上能过零点而且相位与初级线圈波形音频信号vpp4vpp波形比较能同相或反相变化说明已连接的初次级线圈及同名端是正确的否则继续改变连接再判别直到正确为止
实验报告书
课程名：《传感器原理与检测技术》
题目：实验八差动变压器：位移测量实验
4、实验步骤
1、差动变压器安装在位移测量实验模块上。
2、根据上图接线，音频振荡器信号从实验台中0°或180°端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为5KHZ（可用实验台的频率表监测）。调节输出幅度4Vp-p（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div,Y轴A通道为1V/div，B通道为20mV/div）。图中初级线L1，次级L2,L3,都为连接线插座的对应编号。在线圈端点有一点表示的为同名端(出厂时已连接好)。接线时，也可以判别初级线圈及次级同名端。判别初级线圈及次级线圈同名端其它方法如下：L1(TP1,TP2)为初级线圈，并设另外两个线圈L2、L3的任一端为同名端。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（音频信号Vp-p=4Vp-p波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
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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
第一章螺线管式差动变压器传感器
差动变压器式传感器简介
把被测的非电量变化转换为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，下图为差动变压器的结构示意图。
在非电量测量中，应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100mm机械位移，并具有测量精度高、灵敏度高、结构简单、性能可靠等优点
1. 工作原理
图中，Rp和Lp分别为初级线圈的损耗电阻和自感，Rs1和Rs2为两个次级线圈的电阻，Ls1和Ls2表示两个次级线圈的自感，M1和M2为初级线圈与两个次级线圈的互感系数，Ep 为加在初级线圈上的激励电压，Es1和Es2为两次级线圈上产生的感应电动势，Es为Es1和Es2形成的差动输出电压。
根据变压器的工作原理，当在初级线圈上加上适当频率的激励电压时，在两个次级线圈上就会产生感应电动势。
若变压器的结构完全对称，当铁心处于初始平衡位置时，差动变压器输出为0.当铁心偏离平衡位置时，两个次级线圈的互感系数发生极性相反的变化，互感Ma≠Mb，两次级绕组的互感电势Es1≠Es2，输出电压Es=Es1-Es2≠0，即差动变压器有电压输出，此电压的大小与极性反映被测体位移的大小使得差动变压器输出不为0，并且输出电压Es随着铁心偏离中心位置将逐渐加大。
差动变压器输出电压与铁心位移成正比，即可根据电压大小可判断位移大小。
差动变压器等效电路差动变压器的输出特性曲线
第二章差动变压器的测量电路及其仿真
差动变压器输出的是交流电压，若要用交流模拟或者数字电压表测量，只能反映铁芯位移的大小，不能反映移动的方向。
另外其测量值必定含有零点残余电压。
为了达到能判别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际应用中，常采用的测量电路主要有差动整流电路和相敏检波电路。
一般经过相敏检波和差动整流输出地信号，还需经过低通滤波电路，把调制时引入的高频信号滤掉，只让铁芯运动产生的有用信号通过。
1）差动整流电路
根据半导体二级管单向导通原理进行解调的。
如传感器的一个次级线圈的输出瞬时电压极性，在f点为“＋”，e点为“–”，则电流路径是fgdche。
反之，如f点为“–”，e点为“＋”，则电流路径是ehdcgf。
可见，无论次级线圈的输出瞬时电压极性如何，通过电阻R的电流总是从d到c 。
同理可分析另一个次级线圈的输出情况。
衔铁向上运动转换电路及仿真图
衔铁向下运动转换电路及仿真图
2）相敏检波电路
相敏检波器的电路原理如图所示。
它由四个特性相同的二极管1D ~4D 沿同一方向串联成一个桥式电路，各桥臂上通过附加电阻将电桥预调平衡。
比较电压Ek 与差动变压器输出电压具有相同的频率。
经过相敏检波电路调理后，其直流输出电压信号的极性反映铁芯位移的方向。
衔铁向下运动转换电路及仿真图
衔铁向上运动转换电路及其仿真图
3）零点残余误差补偿
（1）零点残余电压，又称为零位电压。
差动式变压器传感器的衔铁处于中间平衡
位置时输出的微小电压，如图所示。
（2）消除零点残余电压方法：
从设计和工艺上保证结构对称性
为保证线圈和磁路的对称性，首先，要求提高加工精度，线圈选配成对，采用磁路可调节结构。
其次，应选高磁导率、低矫顽力、低剩磁感应的导磁材料。
并应经过热处理，消除残余应力，以提高磁性能的均匀性和稳定性。
由高次谐波产生的因素可知，
磁路工作点应选在磁化曲线的线性段。
②选用合适的测量线路
采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动方向，而且把衔铁在中间位置时，因高次谐波引起的零点残余电压消除掉。
如图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特性曲线由1变到2，从而消除了零点残余电压。
③采用补偿线路
第三章差动变压器位移传感器的改进
1)差动电压接放大器电路及其仿真
2）整流信号接滤波电路
低通滤波器容许低频信号通过，但减弱或减小频率高于截止频率的信号的通过。
RC 滤波器具有电路简单、抗干扰性能强，有较强的低频性能，电阻、电容元件标准、易于选择的特点。
因此，在测试系统中，选用一阶RC低通滤波器。
滤波电路图
整流信号接滤波电路
可计算得截至频率为1000/2*2.5*3.14=64Hz
故该滤波器可将高频干扰信号滤掉，而且不影响有用信号。
第四章设计总结
在为期2周的课程设计中，我受益匪浅，收获颇丰。
这次传感器课程设计我的题目是“差动变压器位移传感器”，从理论设计方案及论证到传感器结构设计、理论分析、参数计算，测量电路设计、分析、参数计算，再到传感器的静态、动态性能实验的测试分析、实验设计，使我对传感器知识有了更深一层的理解和掌握，尤其是带有相敏检波电路的差动式传感器，对其中差动电桥、运算放大器、相敏检波器、低通滤波器的结构原理及参数选择有了更进一步的了解。
这些都培养了我独立工作、动脑思考、动手操作、认真严谨、一丝不苟的好习惯，锻炼并提升了我的实际操作能力，使我所学的理论知识有了实用的价值，得以与实践操作充分结合。
在设计过程中，我遇到了不少困难，但通过请教老师同学、仔细分析理解，都逐一得到了解决。
我发现只有细心、耐心、恒心才能将事情做好，设计方案中一个小小的数字错误，简单的一个器件的选择错误，都有可能对设计方案造成巨大的影响。
我还意识到我的实验能力有所不足，在理论上也有很多的缺陷。
所以，在以后的学习生活中，我需要更努力地学习理论知识，同时注重理论和实践的结合。
最后，衷心感谢学院给我们提供这次宝贵的机会，感谢各位老师在课程设计过程中的耐心指导，使我们提升了专业技能，为以后的工作做准备，使我们能够更好地为社会服务。
参考文献
张玉龙等传感器电路设计手册中国计量出版社 1989年
李科杰等新编传感器技术手册国防工业出版社 2002年
吴桂秀传感器应用制作入门浙江科学技术出版社 2004年
杨宝清孙宝元传感器及其应用手册 2004年
单成祥传感器的理论与设计基础及应用国防工业出版社 1999年
殷淑英传感器应用技术冶金工业出版社 2008年。