电感式位移传感器测量电路的设计论文
一种电感式位移传感器的电路
一种电感式位移传感器的电路
随着传感器技术的成熟发展，传感器已广泛应用于各种测量装置中。
在很多几何量测量装置中，位移传感器是不可或缺的组成部分。
介绍了一种电感式位移传感器的电路系统。
该系统以一片AD698芯片为信号调整电路的核心，将位移量输出信号转换为相应的直流电压值，并结合其它一系列电路模块实现了测头位移量测量。
通过对测头的标定试验证明该系统精度高、线性测量范围大。
1 系统结构与工作原理
图1为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。
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。
浅谈电感传感器微位移检测仪的原理与设计
放大使得其调制后的电压有效值满足 A\D 转换器的输入范围，即 放大整流电路设计以及其后续的精密整流电路设计等。在模拟电 路仿真方面，选择了更侧重于模拟数字电路原理特性级仿真分析 的 Multisim 软件，整体仿真见图 2。
图2 系统模拟电路的设计与仿真
2.4 系统数字电路的设计与仿真 数字电路的设计包含 A\D 转换器电路、单片机及其外围电
中图分类号 ：TP3，J4
文献标示码 ：A
文章编码 ：1672-7274（2019）09-0159-01
随着当前信息技术的不断发展，现代摄影技术也得到了全面 的提升，增加了更多的摄影素材和创作领域。面对当前丰富多彩 的现实生活，将构图与摄影结合发展，对整个摄影技术以及摄影 作品都具有一定影响。通过对摄影构图的实际应用展开研究，更 好的让摄影者用更为精巧的方式将作品展示出来，使得作品更加 具有艺术性，更加趋近于完美。
压器电桥后产生的输出信号较小，因而需要对其采集的信号进行
图3 系统数字电路的设计与仿真
3 结束语
本次设计通过查阅资料，结合所学，成功完成了以单片机为 核心器件的电感测微仪的相关电路设计，并分别利用 Multisim 和 PROTEUS 进行了电路仿真，电路调试后基本可以实现相应的功 能，同时也对系统可能存在的误差和外界干扰进行了相关的分析， 并提出了一些解决措施。
热点透视 Hot-Point Perspective DCW
浅谈电感传感器微位移检测仪的原理与设计
杨沁佳
（东北大学，沈阳 110000）
摘要 ：电感传感器微位移检测仪，广泛应用于检查工件的厚度、内外径、平行度等，该仪器属于典型的测控系统。本础设计研究，专业学以致用同时兼顾技术改进等方面的设计。
本课题涉及到的信号调制，就是将微位移信号调制到正弦波 信号上进行检测。电感测微仪测头由差动螺管线圈和可在线圈内 部移动的磁芯组成，当线圈由交变信号驱动时，线圈内部产生一 个磁场。调制部分采用差动变压器电桥的思想，即实现无位移输 入时铁芯位于中央处，输出为零 ；反之，当铁芯移动时，改变线 圈内部的磁场分布，测量电路产生一个与磁芯移动量大小成正比 的电压幅值。这个电压的幅值信号就是整个系统的处理对象，它 的幅值和相位就间接反映出了位移量的大小和方向。
电感式传感论文
电感式传感器------机械工程测量技术报告一、介绍电感式传感器是利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、重量、振动等转换成线圈自感量L 或互感量M 的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出的装置。
电感式传感器的种类较多，主要有利用自感原理的自感式传感器、利用互感原理的差动变压器式传感器、利于涡流原理的电涡流式传感器。
其优点是：灵敏度高、线性较好、结构简单、工作可靠寿命长、测量精度高、零点稳定、输出功率较大、抗干扰能力强、分辨率较高等。
其缺点是：传感器自身频率响应低，不适用于快速动态测量；另外，传感器的分辨率与测量范围有关，测量范围越大，分辨率越低。
二、介绍三种电感式传感器<一>自感式传感器1、工作原理1-线圈 2-铁芯（定铁芯） 3-衔铁（动铁芯）铁芯和衔铁由导磁材料制成，在铁芯和衔铁之间有气隙，气隙厚度为δ，传感器的运动部分与衔铁相连。
当衔铁移动时，气隙厚度δ发生改变，引起磁路中磁阻变化，从而导致电感线圈的电感值变化。
根据电感定义，线圈中电感量可由下式确定：N ——线圈的匝数 R m ——磁路总磁阻由于气隙距离δ一般较小，可以认为气隙磁场是均匀的，若忽略磁路磁损，则磁路总磁阻为:上式表明，当线圈匝数为常数时，电感L 仅仅是磁路中磁阻 的函数，只要改变δ或 均可导致电感变化。
因此，变磁阻式传感器又可分为变气隙厚度δ的传感器和变气隙面积 的传感器。
使用最2mN L R =12m 1122002L L R S S S δμμμ=++广泛的是变气隙厚度δ式电感传感器。
2、等效电路磁滞损耗电阻Rh ：铁磁物质在交变磁化时，磁分子来回翻转克服阻力，类似摩擦生热的能量损耗。
铜耗电阻Rc ：取决于导线材料及线圈几何尺寸。
涡流损耗电阻Re ：由频率为f 的交变电流激励产生的交变磁场在线圈铁心中造成的涡流及磁滞损。
并联寄生电容C 的影响：并联寄生电容主要由线圈绕组的固有电容与电缆分布电容所构成。
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
本文介绍了一种基于电感的微位移测量仪的设计与实现，它由放大器、滤波器、示波器、控制板等多个模块组成。
介绍了测量仪的结构和工作原理，并且分析了电感的正反变换原理，以及在实现微位移测量的关键技术，设计了相应的电路，从而实现了电感式微位移测量仪的精确测量。
1绪论
微位移测量是一种广泛应用于机械精密测量的技术，它可以快速准确
地测量出一定范围内的微位移量。
近年来，随着电子技术在机械精度测量
方面的发展，已经应用到微位移测量中。
电感式微位移测量仪是有关电子
测量技术中的重要研究内容，此类仪器具有测量精度高、稳定可靠和数据
处理快速等优点，因此倍受重视。
本文研究了基于电感的微位移测量仪，
分析了建立测量仪的结构和工作原理，以及实现微位移测量的关键技术，
并设计相应的电路，从而实现了电感式微位移测量仪的精确测量。
2电感式微位移测量仪的结构和工作原理
放大器模块，用于对测量信号进行放大。
普通物理II实验-实验八 电感位移传感器特性研究
实验八电感位移传感器特性研究【实验目的】1.了解电感位移传感器工作原理；2.测量自感式传感器特性；3.测量差动变压器式传感器特性。
【实验原理】1．自感式位移传感器当磁棒插入线圈中并发生位移时，回路自感的大小与这回路所围面积的磁链数有关，由于磁棒在外部的磁感线是发散的、密度较稀，在内部的磁感线密度很大，所以自感L随磁棒位移x而发生变化。
而自感式传感器是把被待测位移变化转换成自感L变化的一种传感器。
自感式传感器的自变量为L，电感测量常见方法有以下两种。
（1）RL分压法测电感图9.1（a）所示的RL分压法测量电感接线图，因为电感的电流落后电压90°，而串联电路流过的电流是相同的，所以电感的电流与电阻的电压同相位。
我们把电阻电压VR放在X轴上，则电感电压VL在Y轴正向。
因为串联电路流过的电流相同，所以我们可以把电流因子约去。
由图9.1（b）可知V R V i =√VR2+VL2=√1+(ωL/R)（1）L=Rω√(Vi/VR)2−1（2）所以，只要已知R、ω、Vi ，测量VR即可求出L。
（2）LC谐振电流法测量电感如图9.2所示，我们再在RL回路中串入一个电容C。
串联电路流过各元件的电流相同，但电容上的电压落后电流90°。
我们仍把电阻上的电压作为参考量放在x轴，那么，电容电压将位于y轴的负方向。
这样电容上的电压和电感上的电压都位于y轴且方向相反。
一种特殊情况下，无论电感和电容的值是多少，总能找到一个频率使得VC=VL，由图9.2（b）看出，在y方向上的合成量为零。
这种情况称之为谐振，此时回路电流为谐振电流，用取样电阻R就得到了取样电压，此时取样信号与信号源信号同相位且为最大值，利用这个特点，我们可以测量精确电感。
由VC=VL，约去电流因子我们有XC=XL，即ωL=1（3）ωC（4）L=1ω2C可以看出，只要信号源频率、电容C已知，L就可以计算。
这种测量方式避免了测量仪表直接加在被测元件上，对于小容量电容测量很有好处，由于是比较相位，所以特别灵敏。
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。
高精度电感式位置传感器的研究与设计
高精度电感式位置传感器的研究与设计高精度电感式位置传感器的研究与设计摘要：本文主要研究和设计了一种高精度的电感式位置传感器。
通过对传感原理、传感器结构和测量电路的分析与优化，以提高传感器的精度和性能为目标，设计了一款功能强大、精度高、响应速度快的电感式位置传感器。
1. 引言位置传感器广泛应用于各个领域，如工业自动化、机器人、汽车工业等。
电感式位置传感器以其高精度、抗干扰能力强等优点被广泛研究和应用。
本文旨在设计一种具有高精度的电感式位置传感器，以满足对高精度位置检测的需求。
2. 传感原理电感式位置传感器是基于电感的变化来实现对位置的检测。
当传感器与目标物的位置发生改变时，传感器的感应线圈中的电感值会发生变化。
通过测量电感值的变化，可以间接计算出目标物的位置。
3. 传感器结构设计为了提高传感器的精度和性能，本文设计了一种新型的电感式位置传感器结构。
该结构采用多层绕组的方式，增大了感应线圈和目标物之间的交互面积，提高了电感值的变化量。
同时，采用非线性磁芯材料，使传感器在不同位置时的电感值变化更为敏感。
4. 测量电路设计为了提高传感器的精度和响应速度，设计了一种新型的测量电路。
该电路采用差分放大器和滤波器等组件，能够有效地抑制传感器信号中的噪声，并提高传感器的信噪比。
同时，采用高速ADC转换器，提高了测量精度和响应速度。
5. 系统性能测试通过实验测试，验证了设计的高精度电感式位置传感器的性能。
实验结果表明，该传感器具有高精度、高分辨率、低失真和快速响应的特点。
在不同位置和运动速度下，传感器均能准确地测量目标物的位置。
6. 总结与展望本文研究了一种高精度的电感式位置传感器，通过对传感原理、传感器结构和测量电路的优化，设计出了一款功能强大的位置传感器。
实验结果表明，该传感器具有高精度、高分辨率和快速响应的特点。
然而，该传感器还存在一些不足之处，如对工作环境的适应性还需进一步优化。
未来，可以通过改进传感器的结构和算法，进一步提高传感器的精度和性能，以满足更高水平的精密位置检测需求。
电感测试法在位移测量中的应用
第4期1999年7月PRACTICAL MEASUREMEN T TECHNOLO GY实用测试技术No 14J uly ,1999电感测试法在位移测量中的应用杨振坤(西安交通大学电气学院,710049)摘 要 介绍了一种实用的小型制冷压缩机气阀运动规律电感测试方法的基本工作原理,电感式位移传感器的制作以及测试电路的组成。
最后给出了测试结果。
关键词 气阀运动规律 测试方法 位移传感器1 引言气阀是制冷压缩机的重要组成部分,有吸气阀和排气阀。
它们的主要作用是间歇地有规律地使气缸工作室和压缩机的吸气管和排气管连通或隔开,达到将气体吸入气缸并将气体从气缸里排出去的目的。
气阀工作的好坏直接关系到压缩机的工作效率,因此,测试气阀的运动规律(即测试气阀的位移量),探求其最佳工作状态,具有重要的意义。
我们所测试的阀片如图1所示。
有进气阀片和排气阀片,它们均固定在阀板上。
图1 气阀结构简图阀片的运动范围由于受升程限制器所限制,进、排气阀片的最大位移量仅为016～017mm ,测试空间不足1cm 3。
如此小的空间和位移量,显然要准确地测试出气阀的运动规律,需寻求合适的测试方案。
在实践中我们采用了电感测试法,取得了满意的效果。
2 电感测试方法的实现实现电感测试方法,其中最关键的问题是选择合适的电感传感器,它要求传感器体积非常小,且灵敏度高,一般的传感器无法实现此要求。
为此,我们采用自制的电感传感器,有效地解决了传感器难以安装的问题,从而既不影响阀腔内流体按正常工况流动,又可使测试出的阀片位移量能正确地反映气阀运动规律。
211 电感式位移传感器的工作原理电感式位移传感器由导磁体、线圈和运动阀片所组成,如图2所示。
线圈的电感量L 近似为:L =μ0A 0w 2δ式中: δ—气隙长度A 0—导磁体截面积μ0—空气(真空)导磁率w —线圈匝数当气阀运动时,气隙δ随之改变,电感L 也相应变化,L 与δ呈双曲线关系,如图3所示。
电感式传感器论文
郑州华信学院传感器与检测技术学院：............班级：............姓名：..............学号：.............课件：.............电感式传感器摘要利用电磁感应原理将被测非电量如位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感量L或互感量M的变化,再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出,这种装置称为电感式传感器。
电感式传感器具有结构简单,工作可靠,测量精度高,零点稳定,输出功率较大等一系列优点,其主要缺点是灵敏度、线性度和测量范围相互制约,传感器自身频率响应低,不适用于快速动态测量。
这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制,在工业自动控制系统中被广泛采用。
电感式传感器种类很多,本章主要介绍自感式、互感式和电涡流式三种传感器。
关键词：性能原理优/缺点种类正文：1、电感式传感器NJ性能说明电感式传感器最重要的元件（除控制接口单元与输出级以外）是一个LC振荡器。
决定振荡频率的元件由一个平行谐振电路组成。
当金属物体进入线圈交变磁场区域时，谐振电路中的能量减少。
能量的额外损耗导致线圈的品质因数降低，从而降低了电流消耗。
对于黑色（铁的）及有色（非铁的）金属而言，损失的能量会在金属体内部产生涡电流。
磁铁也会造成能量损失。
由于在非金属体内不能产生涡电流，也就不会产生反向磁场，从而传感器线圈的品质因素及电流消耗保持不变，所以非金属体不能被检测。
2、工作原理及应用电感式传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩和应变等多种物理量。
电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。
这类传感器的主要特征是具有绕组。
自感式电感传感器原理与运用自感式传感器是由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。
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。
电感传感器电路实验
综合实验1电感传感器信号处理电路实验电感传感器是一种精度较高的位移传感器，高精度的电感位移传感器一般测量范围只有几百位微米，但测量精度达到0.1微米级，甚至更小。
采用相对测量法测量工件尺寸，或绝对测量法测量很薄尺寸的物体，如纸张的厚度等。
一、实验目的1． 加深对电感传感器的位移测量原理的理解。
2． 掌握采用绝对值电路处理电感信号的方法。
二、实验原理下图显示了电感传感器的信号处理电路原理。
假设电桥两端所加交流信号为： t sin V ω=各部分的输出信号如下所示：1． 交流电桥输出的电感变化信号经放大A 倍后，输出为：t kxAsin Y 1ω=其中x 为铁芯位移，当铁芯处于中间位置时，x=0，当铁芯偏上时x>0，反之x<0。
k 为电感位移系数，为一较小常数。
因为在测量过程中，铁芯位移只有几百微米，很小，所以1kxA <<。
2． 信号取反后的输出为：t kxAsin Y 2ω-=3． 两减法电路输出的信号分别为：()t sin kxA 1Y 3ω+= ()t sin kxA 1Y 4ω-=4． 两绝对值电路输出信号分别为：()t sin kxA 1Y 5ω+=()t sin kxA 1Y 6ω-=5． 绝对值后的减法电路输出信号为：t sin 2kxA Y 7ω=6． 低通滤波后的信号与具体的低通滤波器方式有关。
π22kxA Y 8⋅≈（为什么？）三、实验设备与器材1． 传感器信号处理印刷电路板一块 2． 电感传感器 3． 示波器 4． 万用表5． 电子元器件（学生自购）6． 直流电源，含有+5V ，+12V 与-12V7． 电路仿真软件为Multisim2001、matlab 等，电路设计软件PROTEL 四、实验内容及步骤1． 正弦激励信号产生的方法。
采用考毕兹及电容三点式振荡电路产生激励信号，硬件调试成功，并计算振荡信号的振荡频率；2． 掌握差分（即减法）放大电路芯片AD620的工作原理，并分析其输出信号与输入信号的关系；3． 一般运放减法电路的设计方法与连接； 4． 绝对值电路的工作原理与电路的连接方法； 5． 应用实验电路，对电感传感器进行标定；6． 应用传感器测量纸张的厚度，并进行数据处理；7． 应用matlab 或multisim 软件仿真传感器的信号处理，并画出各部分输出信号。
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目录
摘要 (1)
Abstract
Abstract Abstract
Abstract (2)
1．绪论 (4)
1．1 引言
1．2 传感器介绍 (5)
1．3 研究的基本内容，拟解决的主要问题 (6)
2．整体的方框图与工作原理 (8)
3．各个单元电路的设计 (8)
3．1 8051单片机简介 (8)
3．2 电感式位移传感器的基本原理 (12)
3．3 电感测头的结构 (14)
3．4 正弦波电路的设计 (14)
3．5零点残余电压的调整 (16)
3．6交流放大电路 (17)
3．7相敏检波电路 (18)
3．8 A/D转换及显示电路 (19)
4．软件部分的设计
4．1本系统设计的程序流程图 (22)
4．2单片机8051的C语言程序清单 (22)
4、致谢 (24)
5、参考文献 (25)
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。
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
了分析和相应的设计。
关键词:
正弦波发生器，相敏检波，零点残余电压。
ABSTRACT A New high piracies inductance sensor is developed. This sensor consist s of a high piracies inductance probe and signal processing
circuit . The circuit adopt speak sampling technique and direct digital output interface to substitute the conventional phase frequency detection technique and analog output interface. The non2linearity is also decreased. In addition ,the circuit adopts frequency and ampli2
tube stabilizing technique too. The accuracy and stability of the sensor circuits also increased greatly.
Key Words :
Key Words :Key Words :
Key Words : inductance sensor, self-fixed amplitude circuit,
digital phase sensitivity detection, digital filter, static
testing
绪论
1.1引言测量技术是实现超精加工的前提和基础。
精密加工和超精密加工过程中不仅要对工件和表面质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度，如果
没有权威性的测控技术和仪器，就不能证实所达到的加工质量。
加工和检测是不
可分的，测量是对加工的支持，无论多么精密的加工，都必须用更为精密的测量
技术作保障。
因此，位移测量的精密和超精密测量已经成为整个超精密加工体系
中一项至为关键的技术。
检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分。
任何生产过程都可以看作是“物流”和“信息流”组合而成，反映物流的数量、
状态和趋向的信息流则是人们管理和控制物流的依据。
人们为了有目的地进行控
制，首先必须通过检测获取有关信息，然后才能进行分析判断以便实现自动控制。
所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人来完成检测、分析、判断和控制
工作。
一个自动化系统通常由多个环节组成，分别完成信息获取、信息转换、信
息处理、信息传送及信息执行等功能。
在实现自动化的过程中，信息的获取与转
换是极其重要的组成环节，只有精确及时地将被控对象的各项参数检测出来并转
换成易于传送和处理的信号，整个系统才能正常地工作。
因此，自动检测与转换
是自动化技术中不可缺少的组成部分。
检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟
式、数字式向智能化方向发展。
带有微处理机的各种智能化仪表已经出现，这类
仪表选用微处理机做控制单元，利用计算机可编程的特点，使仪表内的各个环节
自动地协调工作，并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表，把检
测技术自动化推进到一个新水平。
1.2传感器介绍传感器是获取被测量信息的元件，其质量和性能的好坏直接影响到测量结果
的可靠性和准确度，衡量其质量的特性有许多，主要包括静态和动态两个方面。
当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为输入量和输出量都和时间无关。
表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定
的性能参数为静态特性；当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输人量和输出
量之间的动态关系。
这时，表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微分方程，
与被测量相对应的输出响应特性称为动态特性。
位移传感器主要有以下几种：电容式位移传达室感器、差动式电感受式位移传感器和电阻应变式位移传感器一般用于小位移的测量（几微米至毫米）；差动
变压器用于中等位移的测量，这种传感器在工业测量中应用得最多；电阻电位器
式传感器适用于较大范围位移的测量，但精度不高；感应同步器、光栅、磁栅、
激光位移传感器等用于精密检测系统的位移的测量，测量精度高（可达1pm )量
程也可大到几米。
电容式位移传感器根据被测物体的位移变化转换为电容变化的一种传感器，
一般用于高频振动微小位移的测量，与电位式、电感式等多种位移传感器相比，
它的优点是：结构简单；能实现非接触测量，只要极小的输入力就能使支极板移
动，并且在移动过程中没有摩擦和反作用力；灵敏度高、分辨力强，能敏感±
0.01um甚至更小的位移；动态响应好；能在恶劣环境中（高、低温，各种形式的
辐射等）工作。
但它也存在着一些缺点，主要是输出特性的非线性和对绝缘电阻
要求比较高，为了克服寄生电容的影响，降低电容的内阻，要求对传感器及输出
导线采取屏蔽措施和采用较高的电源频率等。
光栅是一种新型的位移检测元件，是把位移变为数字量的位移-数字转换装
置。
它主要用于高精度直线位移和角位移的数字检测系统。
其测量精确度高（可
达1um）光栅传感器具有抗电磁干扰、耐久性好、准分布式传感、绝对测量、尺
寸小、灵敏度高、精度高、频带宽、信噪比高等优点，是结构局部健康监测最理
想的智能传感元件之一，可以直接或间接（通过某种封装或灵巧装置）监测应变、
温度、裂缝、位移、振动、腐蚀、应力等物理量，部分取代传统的测试手段，广
泛用于土木工程、航空航天工业、船舶工业、电力工业、石油化工、核工业、医
学等领域。
电感式位移传感器是把被测移量转换为线圈的自感或互感的变化，从而实现
位移的测量的一类传感器。
它具有灵敏度高、分辨力大，能测出±0.1um甚至更
小的线性位移变化和0.1度的角位移,输出信号比较大,电压灵敏度一般每毫米可
达几百毫伏,因此有利于信号的传输.测量范围为±25um-50mm,测量精度与电容
式位移传达室感器差不多,但是它的频率响应较低,不宜于高频动态测量。
1.3研究的基本内容，拟解决的主要问题：该智能电感测微仪的硬件电路主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大
器、相敏检波器及单片机系统。
正弦波振荡器为电感式传感器和相敏检波器提供
了频率和幅值稳定的激励电压，正弦波振荡器输出的信号加到测量头中。
工件的
微小位移经电感式传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发
生相对的变化。
当衔铁处于两线圈的中间位置时，两线圈的电感量相等，电桥平。