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120601240222

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2015.7.4—2015.7.8

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

目录

一、设计要求 (1)

1.功能与用途 (1)

2. 课题研究的意义 (1)

3. 国内外发展现状 (1)

二、方案设计 (2)

1、方案一 (2)

2. 方案二 (4)

三、传感器工作原理 (5)

四、电路的工作原理 (6)

五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (6)

1、正弦激励电路 (6)

2、相敏检波电路设计 (7)

3、程控放大电路 (7)

4、A/D转换电路模块 (8)

5、参数计算 (9)

6、器件选择 (10)

7、系统需要的元器件清单 (10)

六、总结 (11)

参考文献 (12)

电感式位移传感器应用电路设计

一、设计要求

1.功能与用途

本设计要应用电感式传感器的原理来设计一个位移传感器的应用电路，要求能够检测能够检测0~20cm的位移；电压输出为1~5V；电流输出为4~20mA；并且能够通过LED进行数字显示，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点。

2.课题研究的意义

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。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分析及相应设计。

3.国内外发展现状

电感式传感器利用电磁感应将被测位移转换成线圈的自感系数和互感系数

的变化,再由电路转换为电压或电流的变化量输出,实现非电量到电量的转换。传感器分为自感式、互感式(如LVDT)、电涡流式三种。电感式传感器具有灵敏度和分辨力高,能测出0.01微米的位移变化,传感器非线性误差可达0.05%-0.1%。伴随着各国航空航天、船舶等军事领域,及工业控制和农业现代化的不断发展,对位移传感器的需求量也不断上升,同时要求位移传感器不断地进行技术革新,不断地有新技术、新材料的运用,以满足不同场合、不同环境条件的需求。位移传感器的应用已经得到了广泛的发展,几乎可以用于各个领域的位移、位置、行程的自动测

量和自动控制,以及测量预先被变成位移的各种物理量,比如:伸缩、膨胀、差压、振动、应变、流量、厚度、重量等等。位移传感器同其他传感器一样,其发展的总趋势就是利用新材料、新工艺实现微型化、集成化、智能化,利用新原理、新方法实现更多种类的信息获取,辅以先进的信息处理技术提高传感器的各项技术指标,以适应更广泛的应用需求。(1) 微型化。各种控制仪器设备的功能越来越多,要求各个部件体积能占位置越小越好,因而传感器本身体积也是越小越好,这就要求发展新的材料和加工技术。近年来,随着微电子技术和微机械加工技术的日趋成熟,传感器制作技术进入了一个展新阶段。微电子技术和微机械加工技术相结合,器件结构从二维到三维,实现了进一步微型化、低功耗。(2) 集成化。集成传感器的优势是传统传感器无法达到的,它不仅是一个简单的传感器,而且将辅助电路中的元件与传感元件同时集成在一块芯片上,使之具有校准、补偿、自诊断和网络通信的功能,可降低成本、增加产量。把传感器、信号调节电路、单片机集成在一个芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器已经成为一个新的发展趋势。(3) 智能化。智能化传感器是一种带微处理器的传感器,是微型计算机和传感器相结合的成果,它兼有检测、判断和信息处理功能,与传统传感器相比有很多优点,具有判断和信息处理功能,可实现多传感器、多参数测量,有自检、自校和自诊断功能,测量数据可存取,且具有数据通信接口,能与微型计算机直接通信。智能化传感器已从传统传感器的单一功能、单一检测向多功能和多变量检测方向发展,它的准确度、稳定性和可靠性都是传统传感器不可比拟的。(4) 无线网络化。无线传感器网络是当前国际上备受关注的、多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域,它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,通过嵌入式系统对信息进行处理,并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端。从而真正实现“无处不在的计算”理念。

二、方案设计

1、方案一

利用电感式传感器的原理设计一个位移传感器的应用电路，设计的总体模块主要由直流稳压电源、振荡电路、电感传感器、解调器、差动放大电路、V/I 转换电路、A/D 转换电路、LED显示电路等构成。总体设计框图如下。