传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计

燕山大学

课程设计报告题目：传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计

学院（系）：电气工程学院

年级专业：10 级仪表2班学号：

学生姓名：

指导教师：童凯

教师职称：副教授

燕山大学课程设计（论文）任务书

院（系）：电气工程学院基层教案单位：自动化仪表系

燕山大学课程设计评审意见表

指导教师评语：

1、认真、很好地完成课设各阶段地任务•【】

2、能够较好地完成课设各阶段地任务.【】

3、能够按时完成课设各阶段地任务.【】

4、不按时完成课设各阶段地任务.【】

成绩：指导教师：王志斌赵彦涛

2012年12月28日

答辩小组评语：

1、全面、得体地回答老师地提问•【】

2、能够简要回答老师地提问.【】

3、能够回答部分老师地提问.【】

4、不能回答老师地提问•【】

成绩：组长：童凯

2012年12月28日

课程设计总成绩:

答辩小组成员签字：

童凯吴飞王志斌赵彦涛陈颖朱丹丹

2012年12月28日第1章

摘要,

第2章

引言 (2)

第3章

基本原理 (3)

第4章

参数设计及运算 (5)

4.1结构设计 (5)

4.2电容设计与计算 (8)

4.3其他参数地计算 (10)

4.4测量电路地设计 (12)

第5章

误差分析 (14)

第6章

结论 (16)

心得体会 (17)

参考文献 (18)

第一章摘要

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地影响并能有效地改善高温等环境影响造成地误差因而在许多测量场合中被广泛应用.把被测地机械量如位移、压力等转换为电容量变化地传感器.它地敏感部分就是具有可变参数地电容器.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地电容值十分微小必须借助信号调理电路将微小电容地变化转换成与其成正比地电压、电流或频率地变化，这样才可以显示、记录以及传输出

.因此，本设计中采用了运算放大器、二极管整流电路以

及二阶低通滤波器等电路设计并对这些单元电路进行了原理分析，通过参数地确定实现位移向电压地转变.在本次设计中还涉及了测量过程中地误差分析从而保证了测量地精度和准确度.

第二章引言

在科学研究和工业生产中,电容式传感器已经成为非常重要地一种测试装置,在位移、压力、

物质成分、物位、加速度等参量测试中都有着广泛地应用.电容式传感器具有结构简单、非

接触测量、灵敏度高、动态响应特性好、稳定性好等优点.电容式传感器地输出信号与被测

量地变化有着直接地关系,而且,通常都非常微弱.因此,如何将微小电容变化测量出来,传感器后续地检测电路就显得非常重要.目前,已有不少学者提出了一些解决方法,如,谐振法、振荡法、开关电容法、AC 电桥法、运算放大器检测法等.本文将介绍一种基于运算放大器、二极管整流、二阶低通滤波技术地差动电容式小位移传感器地检测电路.

第三章基本原理

一、反相比例放大器

反相输入放大电路如图所示，信号电压通过电阻R1 加至运放地反相输入端，输出电压vo 通过反馈电阻Rf 反馈到运放地反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路.

R 为平衡电阻应满足R倉R1//Rf.

利用虚短和虚断地概念进行分析vI=0，vN=0 ，iI=0，is=if

仿真电路图 L

R2 1.02W

BASIC

I 'I

仿真结果 |r

瞬示波器-X£C1

XSC1

同相比例放大电路

同相输入放大电路如图 1所

示，信号电压通过电阻 RS 加 到运放地同相输入端，输出

电压vo 通过电阻R1和Rf 反 馈到运放地反相输入端，构 成电压串联负反馈放大电路 •

根据虚短、虚断地概念有 于是求得

所以该电路实现同相比例运算

仿真电路图

二、差动放大电路

vN=vP=vS , i1=if

仿真结果

OPA R2 -Vv\ ------

4000

MP 3T BASIC

I

_____

差分式减法电路图1 所示

电路可以实现两个输入电压

vS1、vS2相减, 在理想情况下，

电路存在虚短和虚断，所以有

vI= 0，iI=0，由此得下列方程

式：

内1——匚二|——i---- 匚二|

V P

及二

即输出电压vO与两输入电压之差（vS2 -/S2）成比例，其实质是用差分式放大电路实现减法功能•由于vN=vP，可以求出

若取尢’、：，则上式简化为

仿真电路图

仿真结果

四、二极管整流电路

五、二阶低通滤波

原理：为了使输出电压在高频段以更快地速率下降，以改善滤波效果，再加一节RC低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路•它比一阶低通滤波器地滤波效果更好•

当f=0时，各电容器可视为开路，通带内地增益为（2 ）二阶

根据

晌=导后）

丄 // (R + 1 砂

—

%心

联立求解以上可得滤波器地传递函数

输出与俞入地关系仿真结果

l + 3sCR+

《

_-5V

R1

-AW

500C

R2 r-

wv-

5CKHT

狂w U i

z3 z4

120 Vnris

-A/V%-

500C

平E

六、电桥

仿真电路图

LV1—12 V

R1

r-VW

S10Q

R3

>-VW-

500Q

XWT1

R2

AWi

500Q

AVv-

f

瞬万用表-XMM1

| _ftjpr jj

JB J

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设置“

-59 406 mV

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