电感式位移传感器应用电路设计
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祖景瑞学号 120601240222主要容：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围位移的测量，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].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业，2007: 48-50.[4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育，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。
电感式微位移测量电路
- III -
哈尔滨理工大学学士学位论文-------------电气学院周三强
目录
摘要 .................................................................................................................. I Abstract............................................................................................................ II 第 1 章 绪论 ................................................................................................... 1 1.1 本文的背景及意义 ............................................................................... 1 1.2 国内外的研究现状 ............................................................................... 1 1.3 本文的主要研究内容 ........................................................................... 3 第 2 章 电感式微位移测量电路硬件设计 ..................................................... 4 2.1 电感式传感器工作原理........................................................................ 4 2.1.1 电感式传感器简介......................................................................... 4 2.1.2 自感式传感器工作原理 ................................................................. 4 2.1.3 互感式传感器工作原理 ................................................................. 6 2.2 电路的总体设计 ................................................................................... 8 2.3 主要芯片说明 ....................................................................................... 8 2.3.1 STC 单片机 ..................................................................................... 8 2.3.2 OP07 集成运放 ............................................................................... 9 2.4 放大电路的设计 ................................................................................... 9 2.4.1 集成运算放大电路......................................................................... 9 2.4.2 差动放大电路 .............................................................................. 11 2.5 改进的相敏整流电路的设计 .............................................................. 13 2.5.1 典型整流电路 .............................................................................. 13 2.5.2 改进的相敏整流电路................................................................... 14 2.6 稳压电路的设计 ................................................................................. 16 2.7 低通滤波器的设计 ............................................................................. 17 2.8 A/D 采样电路设计............................................................................... 18 2.9 本章小结............................................................................................. 20 第 3 章 软件仿真及系统调试....................................................................... 21 3.1 Multisim 10 仿真软件简介 .................................................................. 21 3.2 系统软件的设计 ................................................................................. 21 3.3 硬件电路的仿真结果及分析 .............................................................. 22 3.4 系统的调试 ......................................................................................... 26 3.5 本章小结............................................................................................. 27 结论 ............................................................................................................... 28 致谢 ............................................................................................................... 29
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。
电感式位移传感器应用电路设计
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祖景瑞学号120601240222主要容：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围位移的测量，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].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4] 志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，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；结构简单；成本低目录一、设计要求 (1)二、方案设计 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (1)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (4)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)1、单元电路设计 (5)2、参数计算 (6)3、器件选择 (6)六、总结 (7)参考文献 (8)电感式位移传感器应用电路设计一、设计要求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。
位移检测传感器之电感式讲解
1. 工作原理与结构
L1 A1
W
L2
线圈 铁芯
?
A2
?? ? 衔铁
在缠绕在铁心上的线圈中通以交变电流i，产生磁通Φ m,形成 磁通回路。
1. 工作原理与结构
磁通与电流之间的关系
N? m ? Li
根据磁路欧姆定律
Ni ? m ? Rm 则L ? N 2
因此差动式自感式传感器，提高了精度、灵敏度，明显改 善了线性度。
变面积型电感传感器（ 略）
气隙长度不变，铁心与衔铁之间相对覆盖面积随被测量
的变化面而改变，从而导致线圈的电感量发生变化。 灵 敏度低，线性较好，量程较大，使用比较广泛。
螺管型电感传感器（ 略）
衔铁随被测对象移动，线圈磁力线路径上的磁阻发生变化， 线圈电感量也因此而变化。线圈电感量的大小与衔铁插入线
M1 ? M 2,则E1 ? E2，故E0 ? 0,输出电压 E0与E1同相位
大小与铁心位移成线性 关系
E0
?
E1
?
E2
?
(M1
?
M2)
di1 dt
螺管式差动变压器位移传感器
2. 工作原理
当铁心偏离零位向下移动时
M 1 ? M 2 ,则E1 ? E2，故E0 ? 0, 输出电压 E0与E2同相位, 大小与铁心位移成线性 关系
1. 工作原理与结构
通常气隙的磁阻远大于铁芯和衔铁的磁阻 2? l
??
? 0S0 ? S
则Rm
?
2? ? 0s0
L ? N 2 ? N 2? 0s0
Rm
2?
1. 工作原理与结构
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。
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。
电感位移计的课程设计
电感位移计的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电感位移计的工作原理和基本构成；2. 学生能掌握电感位移计在测量物体位移中的应用；3. 学生了解电感位移计与其他类型传感器在性能、特点等方面的区别。
技能目标：1. 学生能正确操作电感位移计进行位移测量，并处理实验数据；2. 学生具备分析电感位移计测量误差的能力；3. 学生能设计简单的电感位移计应用电路。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理传感器技术的兴趣，激发探索精神和创新意识；2. 学生通过电感位移计的学习，认识到传感器技术在现实生活中的广泛应用，增强学以致用的意识；3. 学生在实验和团队合作中，培养严谨、细致、协作的科学态度。
课程性质分析：本课程为高中物理选修课，以电感位移计为主题，结合物理知识和实际应用，培养学生的实验操作能力和科学思维。
学生特点分析：高中学生已具备一定的物理知识和实验技能，对新技术和新设备充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 创设情境，引导学生主动探究，培养学生的创新意识；3. 强化团队合作，锻炼学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 电感位移计的基本原理：- 电感的基本概念- 电感位移计的工作原理- 影响电感位移计灵敏度的因素2. 电感位移计的构成与种类：- 电感位移计的组成结构- 常见电感位移计的类型及特点- 电感位移计与其他类型传感器的对比3. 电感位移计的应用：- 电感位移计在位移测量中的应用- 实验操作步骤及注意事项- 数据处理与分析方法4. 电感位移计的误差分析：- 测量误差的来源及分类- 减小误差的方法和技巧- 实际应用中的误差处理5. 电感位移计应用电路设计：- 简单电路原理及设计方法- 电路仿真与实验验证- 创新设计思路及实践教学大纲安排：第一课时：电感位移计的基本原理与构成第二课时：电感位移计的种类及性能对比第三课时：电感位移计在位移测量中的应用第四课时：电感位移计的误差分析及数据处理第五课时：电感位移计应用电路设计与实践教学内容与课本关联：本章节内容与高中物理选修课《传感器及其应用》相关章节紧密关联，结合课本知识，系统地介绍电感位移计的原理、应用和实验操作。
电感传感器的接口电路设计
电感传感器的接口电路设计摘要：位移测量具有广泛应用，电感式传感器以其结构简单可靠、输出功率大、线性好、抗干扰和稳定性好、价格低廉等特点获得了大量的应用。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，在对电感式直线位移传感器深入分析的基础上，本文设计了一种电感式位移传感器接口电路。
该电路采用电感传感器把被测位移量转变为微弱电信号，经前置交流放大、相敏整流，直流放大，A/D转换等电路处理后，送入单片机进行综合运算处理后输出，并通过液晶显示结果，可以适应不同量程和分辨率的信号调理要求。
文中介绍了整体电路的设计和单片机系统的硬件及软件流程。
设计过程中用Protel99 SE对电路原理图进行了绘制，选用了单片机的开发工具Keil C51μvision2对软件设计中的程序进行编写、编译、模拟仿真，电路正常，完成了课题要求的电感传感器对位移测量并显示结果。
关键词：位移测量；电感式传感器；单片机；液晶显示The Design of the Inductive Sensor Interface CircuitAbstract: the measurement of diaspacement is very important in engineering. Inductive transducers are widely used due to their simple structures,high output capacities,good linearity,good disturbance resistance,good stability and low prices.Based on thoroughly analysis of linear inductive displacement transducers,a inductive displacement transducer interface circuit is designed in this thesis.This metering circuit uses the inductive transceiver to transform that the displacement offset into the weak electrical signal, after the pre- AC amplification, the phase-sensitive rectifier,the DC Larger and the A / D conversion circuit processing, output after processing in the monolithic integrated circuit and display the results through the LCD. It can adapt to different range and resolution of the signal conditioning requirements. In the process of designing, Protel99SE is used to plot schematic diagram, Keil C51μvision2and the development kit of MCU is used to compile, translate and make simulation about the assemble program. The circuit is in gear and it basically can accomplish the task of measure of the displacement offset through the inductive sensor and dispiay the result.Keywords: the measurement of displacement；the inductive sensor；MCU；LCD目录1 绪论 (1)1.1本文的课题背景及意义 (1)1.2课题的研究现状 (1)1.3课题研究方法 (4)1.4本课题的主要研究内容 (4)2 电感传感器 (5)2.1电感传感器的介绍 (5)2.2电感传感器的工作原理 (5)2.3电感传感器的输出特性 (7)2.4电感传感器测量电路 (9)2.4.1 电感式传感器的等效电路 (9)2.4.2交流电桥式测量电路 (9)2.4.3 变压器式交流电桥 (10)2.4.4 谐振式测量电路 (11)3 电感传感器接口电路的设计 (13)3.1电感传感器接口电路的设计框图 (13)3.2电感传感器接口电路的原理图、工作原理及其功能 (14)3.3振荡器电路设计及其说明 (15)3.3.1 电感三点式振荡器原理的介绍 (15)3.3.2 振荡器电路在本系统中的设计 (16)3.4相敏检波电路设计及其说明 (17)3.4.1 相敏检波电路原理的介绍 (17)3.4.2 相敏检波电路在本系统中的设计 (20)3.5交直流放大部分的设计及其说明 (21)3.5.1 反相比例放大电路的原理 (21)3.5.2 交流放大电路在本系统中的设计 (22)3.5.3 直流放大电路在本系统中的设计 (23)3.6A/D转换单片机控制和液晶显示部分的设计 (23)3.6.1 A/D 转换电路 (24)3.6.2 单片机部分 (29)3.6.3 液晶显示部分 (29)3.6.4 通讯模块 (33)3.7量程变换电路的设计原理图及其说明 (34)3.8电源部分的设计 (36)4 软件系统的分析与设计 (37)4.1软件编程语言的种类及区别 (37)4.2编译环境的介绍 (37)4.2.1 Keil C51简介 (37)4.2.2 μVision2集成开发环境 (38)4.2.3 Keil C51的使用 (39)4.2软件设计流程图 (40)4.3软件编程 (41)4.3.1 初始化 (41)4.3.2 液晶显示器编程 (42)4.3.3 主程序编程 (45)5 结论 (48)参考文献 (49)致谢 (50)附录A (51)1 绪论1.1 本文的课题背景及意义21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术——传感器技术必须跟上信息化发展的需要。
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。
AD698传感器,电感式位移传感器
对于采用AD698的后级处理电路而言,要提高其灵敏度有三种方法:对AD698的输出信号或AD698的A通道输人信号进行放大以及对AD698的B通道输入信号进行缩小。
①对AD698的输出信号进行放大。AD698静态输人情况下输出信号的噪声电压在10-20m V左右,对输出信号进行放大的同时噪声信号也被放大,即使采用仪表放大器对输出端和地线间的电压信号加以放大仍然有相当大噪声存在。可见AD698输出信号与地线之间不仅有共模噪声,还有差模噪声存在。
理论推导可得两传感器的电感灵敏度之比为
式中,占为气隙宽度,b为线圈铁芯截面长度
图3D698典型应用电路
2运算放大电路及滤波输出电路
运算放大电路及滤波输出电路对经转换后的信号进行进一步调节,可很好地匹配AD698芯片,并满足下一级电路的处理需求。滤波输出电路由一个二阶/ 00型滤波电路构成,在满足滤波精度要求的前提下,可保证较短的延迟时间。
4窗口电压比较电路
窗口电压比较电路的功能是实时显示测头运动状态。它由多个不同参数的比较电路单元构成,将滤波输出后的电压信号分别与每个比较单元的参考电压值进行比较,从而实时反映测头不同的运动状态。结合外接信号灯及蜂鸣器,可判断测头工作状态,并对测头作出相应控制,进而防止测头因过量程运动造成的危险,提高测量安全性。这里设置的测头运动状态分别为安装状态、检测状态和报警状态。
1系统结构与工作原理
图1测头电路系统结构框图。
测头电路系统主要由信号转换电路、运算放大电路、滤波输出电路、量程切换电路和窗口电压比较电路五部分组成。传感器输出交流电压信号,电压值与传感器磁芯位置成正比,经过信号转换电路将其转换为相应的直流电压信号。运算放大电路对直流电压信号进行放大,以满足后续电路的电压需求;放大后的直流信号经过滤波输出电路输出到A/D卡,在计算机控制下实现自动检测;同时,滤波信号经量程切换电路,将直流电压信号以对应电表不同量程的位移值得以显示,从而提供直观的测量结果;滤波信号经窗口电压比较电路可检测到测头位移状态,分别以检测、安装、报警等状态显示输出,保证了安装和检测过程的安全。
电感位移传感器
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电感位移传感器原理与应用
DOCS
01
电感位移传感器的基本原理
电感位移传感器的定义与分类
电感位移传感器的定义
• 利用电感变化量测量物体位移的传感器
• 工作原理基于电磁感应和变压器原理
电感位移传感器的分类
• 按测量方式分：线性、旋转、绝对值等类型
• 调整零点和满量程
• 清除传感器表面灰尘和杂质
• 定期进行性能测试，确保稳定运行
05
电感位移传感器的实际应用案
例
电感位移传感器在机器人领域的应用案例
机器人末端执行器位置控制
机器人关节角度控制
• 利用电感位移传感器测量末端执行器位置
• 利用电感位移传感器测量关节角度
• 控制机器人进行精确作业
• 控制机器人实现灵活运动
• 电感变化量与位移量呈线性关系
电感位移传感器的性能参数
线性度
精度
响应速度
工作温度范围
• 描述传感器输出与输入
• 描述传感器测量结果的
• 描述传感器对位移变化
• 描述传感器正常工作时
之间的线性关系
准确程度
的响应速度
的温度范围
• 线性度越好，测量精度
• 精度越高，测量结果越
• 响应速度越快，实时性
• 工作温度范围越广，适
• 按输出类型分：模拟量、数字量等类型
• 按工作原理分：自感式、互感式等类型
电感位移传感器的工作原理
电感位移传感器的基本组成
电感位移传感器的工作原理
• 线圈：产生磁场
• 当位移部件移动时，线圈电感发生变化
• 铁芯：提高磁场强度
AD698在DGC-6PG／A差动电感式位移传感器中的应用
ＡＤ６９８在ＤＧＣ－６ＰＧ／Ａ差动电感式位移传感器中的应用作者：段中华王中训胡自强来源：《现代电子技术》2008年第04期摘要：主要研究AD698在差动电感式位移传感器中的应用。
对差动电感式位移传感器的原理做了简要分析，给出AD698在DGC一6PG／A中应用的电路原理图，并对实际电路中出现的纹波噪声进行详细的分析，提出减小纹波噪声的有效措施，最终达到理想的效果。
并给出实验结果，在与微位移相关的机械量的测量以及纹波噪声的处理方面具有借鉴意义。
关键词：AD698；差动电感式位移传感器；纹波噪声；微位移中图分类号：TP212.1文献标识码：B文章编号：1004—373X(2008)04—162—03LVDT(Linear Variable Differential Transformer，线性可调差接变压器)是由霍德利(G.B.Hoadley)于1940年获得的专利。
他的原理，当铁磁性磁心受到与用于检测的移动部分相连的非铁磁杆拖曳沿他的内部移动时，初级绕组与2个次级绕之间的互感将发生变化。
当初级绕组由交流电压供电时，铁磁性磁心的位置的变化就会引起同名端反相串联的2个次级绕组之间感应的电压之差的变化。
这样通过检测电压差就可以确定非铁磁杆的移动量。
因此，LVDT 就可以直接用于位移的测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。
同时，这个电压差的检测也成为急需解决的问题。
传统的方法采用差动整流电路和相敏检波电路，这2种测量方法都是用分立电子元件搭成的，电路比较复杂，不易调试。
AD698线性位移差分变压器信号调理芯片弥补了这方面的缺陷，电路集成度高并且输出增益可调。
本文简要介绍AD698的工作原理，主要研究了他在差动电感式位移传感器中应用电路，并给出测量结果，并对结果中出现的纹波噪声进行了详细的分析，提出减小纹波的改进措施，最终达到了理想的效果。
在与位移相关的机械量的测量及纹波的处理方面具有很好的应用价值。
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。
自制电感传感器位移检测电路
自制电感传感器位移检测电路
莫振栋
【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2008(000)012
【摘要】本文介绍一款自制的位移检测电路，采用直流差分变压器电路，自制差分变压器式传感器，可将16mm的直线位移信号转换成直流电压信号，能检测位移，也能检测可转换成位移量变化的参数，如力和压力、振动和加速度、应变、液位等。
可用来制作位置开关、测位仪、测力计、振动仪、液位仪、电子秤等。
【总页数】2页(P14-15)
【作者】莫振栋
【作者单位】柳州运输职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.自制电感传感器测量微小位移 [J], 贺水燕;蔡静
2.三线圈电感式滑油磨屑传感器检测电路设计 [J], 徐涛;许琢;韩娇
3.三线圈电感式磨粒传感器的检测电路 [J], 傅舰艇;詹惠琴;古军
4.液压阀用位移传感器检测电路设计与分析 [J], 王晓虎;李斌;权龙;黄家海
5.基于调频式涡流传感器的金属微位移检测电路的设计 [J], 郭玉;赵顺平;李彦梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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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祖景瑞学号 2主要容：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围位移的测量，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].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4] 志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，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；结构简单；成本低目录一、设计要求 (1)二、方案设计 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (1)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (4)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)1、单元电路设计 (5)2、参数计算 (6)3、器件选择 (6)六、总结 (7)参考文献 (8)电感式位移传感器应用电路设计一、设计要求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。
二、方案设计1、方案说明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：图1 电感式位移传感器的设计总体框图2、方案论证图2为为螺管式自感传感器结构原理图。
它由平均半径为 r 的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。
随着衔铁插入的深度的不同将引起线圈泄露路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。
根据磁路结构，磁通主要由两部分构成：沿轴向贯穿整个线圈后闭合的主磁通φm和经衔铁侧面气隙闭合的侧磁通φs。
因气隙较大，故磁性材料的磁阻可忽略不计。
图2螺管式自感传感器原理图侧磁通通过衔铁侧面与线圈交链，交链部分只是衔铁侧面遮盖部分的线圈。
在线圈的轴向不同位置处，磁势是不同的，且交链到的线圈匝数也不一样。
由图5可知离线圈端面x 处的磁势，根据两同心圆柱面磁极间的磁导计算公式，可得半径为ra 的衔铁与径为 D 的磁性套筒间的比磁导。
于是，可得微分单元磁导以及x 处的微分单元磁通。
整个线圈的总磁链为主磁链和侧磁链之和。
由于传感器轴向气隙较大，存在磁通边缘效应，故可认为在衔铁移动的一定围主磁通近似不变。
这时，衔铁位移仅引起侧电感Ls 变化。
图3 磁通半径作用修正系数三、传感器工作原理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。
电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
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。
电感式传感器的特点是：（1）无活动触点、可靠度高、寿命长；（2）分辨率和灵敏度高，能测出0.01微米的位移变化；（3）传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。
（4）线性度高、重复性好，在一定位移围（几十微米至数毫米），传感器非线性误差可达0.05%~0.1%；（5）测量围宽（测量围大时分辨率低）；（6）无输入时有零位输出电压，引起测量误差；（7）对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；（8）频率响应较低，不适用于高频动态测量。
电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。
常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。
在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。
自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。
传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。
图4 自感式传感器工作原理示意图由于 ,LI N m=Φ （1）m m m m R F NI F =Φ=, （2） 所以m R N L 2= （3）式中：N ——线圈匝数；Rm ——磁路的总磁阻。
四、电路的工作原理如下图直流稳压电源为整个电路提供电源：图5 电感式位移传感器的直流稳压电源图6 电感式位移传感器的具体电路图直流稳压电源为整个电路提供电源，图6 中 IC2 构成电压跟随器，产生并输出提供给模拟电路电位公共点；IC3 构成方波信号发生器，在电路中产生方波电压提供给电感式传感器，电感式传感器接成桥式电路，电桥输出的不平衡电压与传感器中衔铁位移成正比。
电桥输出的信号比较小，则需图 6 中 IC1 差动放大电路放大到一定程度才能工作。
需图 3 中 IC3 与中功率三极管 T 组成电压 -电流（V/I）转换电路，产生电流通过 6 脚输出，提供给双积分 A/D 转换器，然后再在 LED 显示器上显示出来图7 数字电压表接线图五、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计信号转换电路：信号转换电路的功能是将传感器输出的交流电压信号转换为相应的直流电压信号。
信号转换电路的设计直接影响到整个测头电路系统的测量精度，是测头电路系统的核心部分。
传感器为线性差分式位移传感器，它的输入为磁芯的机械位移，输出为与磁芯位置成正比的交流电压信号。
传感器初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，两个次级线圈反向串联，磁芯的移动可改变初级线圈之间的耦合磁通，从而产生两个幅值不同的交流电压信号。
运算放大电路及滤波输出电路：运算放大电路及滤波输出电路对经转换后的信号不同的交流电压进行进一步调节，可很好地匹配，并满足下一级电路的处理需求。
滤波输出电路由一个二阶“Π”型滤波电路构成，在满足滤波精度要求的前提下，可保证较短的延迟时间。
窗口电压比较电路：窗口电压比较电路的功能是实时显示测头运动状态。
它由多个不同参数的比较电路单元构成，将滤波输出后的电压信号分别与每个比较单元的参考电压值进行比较，从而实时反映测头不同的运动状态。
2、参数计算标定公式如下：b•=（4）KSU+式中：U为测头电路系统输出电压值，V；k为测头灵敏度，mV /mm;S 为测头位移量，mm; b为零位电压值偏移量，mV。
由标定记录可得到：1）测头的灵敏度左齿面：- 010186 mV /mm;右齿面：010183 mV /mm.2）测头位移量线性测量围左齿面：312~51112μm;右齿面：411~50717μm.3）零位电压值偏移量左齿面：41412 mV;右齿面：51027 mV.实验数据表明测头电路系统测量精度较高，线性测量线性围大（±500 μm）, 满足891EA齿轮测量中心的测量需求。
3、器件选择R1、C1 为时钟振荡的RC 网络。
R2、R3 是基准电压的分压电路，R2 是可调电阻，R3 是固定电阻。
调整R2 使基准电压VREF=100.0mV。
R2 一般采用精密多圈电位器。
R4、C3 为输入端阻容滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力，并能增强仪表的过载能力。
因7107 输入阻抗很高，输入电流极小，故可取R4=1MΩ，C3=0.01uF。
C2、C4 分别是基准电容和自动调零电容。
R5、C5 分别是积分电阻和积分电容。
系统需要的元器件清单表1 元器件清单六、总结该设计的电路模块主要包括直流稳压电源、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，结构简单，容易实现。
短短的一个星期的课程设计让我受益颇多。
虽然课程设计对我们来说还比较困难，但是我们并没有因此而退缩，而是凭着一丝不苟和持之以恒的精神，如期完成了任务。
通过这次传感器课程设计，让我对传感器的相关知识有了进一步的了解，特别是对位移传感器这个方面的知识更是收获不少。
课程设计不仅拓展了我们的知识，而且更让我们切身认识到所学知识的用途，传感器做为自动控制系统中不可缺少的部分，在测控理论中也起着非常重要的作用，让我们充分认识到它的重要性。
我相信通过或这次课程设计，将会对我们今后的工作或多或少的带来帮助。
希望以后能够有更多实践的机会，让我们在实践中学习知识，在实践中掌握知识，更在实践中拓展知识。
参考文献[1]贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69 .[2] 王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4]志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，2002:80-90.[5]国维.测控电路[M].：机械工业,2007.[6]守义.单片机应用技术[M].：电子科技大学，2004.东北石油大学课程设计成绩评价表指导教师：年月日。