位移检测装置设计实验
(10-19)项目二 位移检测 本
3）旋转角度大小的计算：
如图，转盘旋转一定角度时，控制器就会接收到一定数量的高低电平， 控制器根据高低电平的数量计算出旋转的角度。
四、直线型光栅位移传感器的应用：
1.光栅位移传感器组成：
光源、指示光栅、标尺光栅、 光电元件等组成
2.光栅位移传感器工作原理：
1）莫尔条纹形成： 在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一起，并
3.光电式编码器工作原理：
1）光电编码器输出示意图：
① A与-A：当A为高电平，那么-A为低电平； ② B与-B：当B为高电平，那么-B为低电平； ③ C与-C：当C为高电平，那么-C为低电平； ④ 周期：一个高低电平为360°，且A与B相位差；
2）正反转的判别：
① 首先C向控制器提供一个起点信息； ② 由于A和B之间相位差为90°，接着，在A和B中，如果A先给控制器提供高电平， 那么就是顺时针旋转； 如果B先给控制器提供高电平，那么就是逆时针旋转；
2）超声波在气体中传播速度C：
超声波在气体中传播也是纵波，它的传播速度还与气体环境温度有关：
C 331.5 0.607t(m / s） 其中t为环境温度
3）超声波在固体中传播速度C：
C
E(1 )
(1 )(1 2)
其中：E —固体弹性模量； —泊松系数比
6.超声波探头：
1）超声波传感器：
超声波作为检测手段必须产生超声波和接收超声波，完成这种功能的装置称 为超声波传感器，又称为超声波探头。
超声波的穿透能力很高，因它的振动频率比较高且波长比较短，具有束射特 性，可以定向传播，能量也大于一般声波。
5.超声波在介质中传播速度：
1）超声波在液体中传播速度C： 超声波在液体和气体中传播时，由于不存在剪切应力，所以仅有纵波传播，
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。
电容式传感器测位移特性实验
电容式传感器测位移特性实验电容式传感器是一种常用的位移传感器，采用电容式将小的位移量变化，转变成模拟电压来发送，以实现检测和测量的目的，其具有快速响应、高精度和反应稳定的特点，被广泛应用到航空、航天、工业控制仪表等领域。
本实验将通过实验设备进行测量电容式传感器的位移特性，以更加深入的了解电容式传感器的工作特性。
实验装置是一台专业的电容测试仪，此外还配有一个线性位移模拟器、一个电容式传感器、一些实验电缆和接口线等辅助设备。
实验可分为三个步骤：绘制拟合曲线前的实验前准备工作、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程以及拟合测得的曲线。
1、实验前准备工作：首先，将位移模拟器接线连接到实验装置；随后，将电容式传感器接入实验装置，并将电容传感器安装在位移模拟器上；最后，调节电容测试仪偏置电路，矫正偏置电压，以设定有效位移信号范围。
2、将电容式传感器的位移信号变为模拟电压的转换过程：在实验中，将位移模拟器的调置电位从最小值（0mm）调至最大值（50mm），从而控制位移模拟器产生不同的位移量。
每次顺序调节时，实验装置将其位移量所产生的信号作为输入，经过转换后将电容式传感器的位移信号变成一定失真程度的模拟电压信号，从而可进行数据获取。
3、拟合测得的曲线：由于电容式传感器的反应特性的确定，在本实验中选择了一种标准的二次曲线进行拟合，以便更好地了解其工作原理。
在拟合曲线以及拟合曲线的过程中，采用的是软件的拟合算法，计算出最佳的参数并绘制拟合曲线。
实验结果表明，本次实验证明了电容式传感器位移特性测试实验使用电容式传感器和实验装置进行测量均具有可行性和准确性，为此类传感器的应用提供了足够的参考。
此外，本次实验也体现了软件算法拟合准确性以及实验数据在绘制曲线过程中的重要性等。
浅谈激光在道岔尖轨位移的监测装置
浅谈激光在道岔尖轨位移的监测装置1研究背景地铁高速、高密度行车线路不断增加，使得道岔线路应用更多、更广、更复杂。
道岔是轨道设备的重要组成部分，它具有数量多、构造复杂、使用寿命短、限制列车速度、行车安全性低、养护维修投入大等特点，所以其工作状态好坏是决定列车能否正常运行的重要因素之一。
目前广州地铁折返道岔使用频率之高，运行高峰时道岔尖轨操动达到1次/2分钟，这对道岔日常保养提出了更高的要求。
道岔尖轨位移监测装置的研究就是为道岔的日常使用、保养提供有力的技术保障。
道岔与列车接触最直接、最关键、最薄弱的部位是尖轨尖部。
开展道岔尖轨状态实时监测系统的研制，可以对道岔的工作过程及位置状态及时检测，为技术人员提供实时的可靠判据，并做出相应正确的安全措施。
同时根据检测数据，可以间接反应转辙机的运动工况和部分故障。
最后监测数据在转辙机故障检测、道岔维修计划安排和道岔安装调试中也具有借鉴和应用价值。
作为地铁非常重要的关键部件，一直以来，相关专家都做了相当系统深入的研究。
总体方向有几个方面，且有部分相关设备。
如表1所示：首先国内的这些现有产品基本都是通过监测转辙机的相关参数，从而间接的监测道岔的运行工况。
这就要受转辙机表示杆间隙调整的影响。
但是要保障列车安全运行，就必须选择最能代表牵引点间隙变化的部位。
道岔与列车接触最直接、最关键、最薄弱的部位是尖轨尖部。
直接检测尖轨与基本轨间的间隙，可不受转辙机表示杆缺口间隙调整的影响，对应关系更加准确。
其次虽然接触式测量不需要考虑电磁环境干扰，简化测量机构。
但它只能对尖轨密贴是否“到位”给出“通”与“不通”的“开关”信号，不能反映密贴时间隙的连续变化、变动幅度和频率。
而且作为接触式测量，必然会有机械磨损，使用一定时间后影响检测精度。
同时还有接触的感应型传感器线性检出范围一般小于10mm，用于检测密贴变化尚可，但是检测斥离和转辙过程则量程不够。
分析前面所提各类型应用监测方法、监测对象的监测设备，监测的指标基本都是静态物理量测量。
微小位移测量技术探究
微小位移测量技术探究盖巍奇【摘要】随着现代科技的发展,在精密加工、自动控制、半导体制作工艺中经常要对微小位移进行测量和控制.本文提出采用光学和莫尔条纹电子学细分技术为基础的一种测量微小位移的方法,并研制了微小位移传感器.该传感器体积小,实现简单,测量精度可达微米级,理论测量分辨率可达:0.078μm.为验证该方法的有效性和准确性,设计了用步进电机带动微距丝杠的滑动平台和计算机控制软件控制系统.由计算机控制系统发送命令,控制滑动平台移动微小距离作为理论位移数据,由微小位移传感器测量滑台移动距离作为实验数据,经对比分析,该微距传感器测量精度可达10μm.【期刊名称】《黑龙江科学》【年(卷),期】2018(009)009【总页数】3页(P162-164)【关键词】微距测量;莫尔条纹;电子学细分;光栅【作者】盖巍奇【作者单位】东北师范大学附属中学,长春130021【正文语种】中文【中图分类】TH822微小位移的测量可以应用在很多领域。
无论是测量长度、高度、厚度、间距或直线位移，还是在精度检测、设备标定、精密加工、半导体制作设备、武器系统等方面，都能够看到微小位移测量技术的应用。
现代科技的发展推动工业技术不断的进步，工业4.0的提出，对自动控制、精密加工以及需要微小位移测量领域提出了更高的要求。
目前微小位移的测量技术大体可分为三类：一是显微镜结合CCD图像处理方式的测量技术，向被测物体发射45°角的激光，由CCD接收反射光，通过人工观测反射光点照射在CCD光电阵列中的位置来判读物体移动的距离。
二是通过光学方法，根据光学干涉原理，通过测量干涉条纹移动的数量测量位移，如迈克尔逊激光干涉仪测量。
另外，光栅尺也是根据光学方式测量位移的专门测量装置，但由于体积较大，光栅刻线较粗，测量精度低，只适合测量要求不高的应用环境。
三是利用霍尔效应的电子学测量方法。
根据霍尔元件的磁电阻效应与磁感应强度的平方成正比这一关系，通过改变磁铁与霍尔元件之间的距离引起霍尔元件磁电阻的变化，再把这一变化转换成电压信号，测量电压信号从而得到与之对应的位移量。
光纤传感器的位移特性实验报告
光纤传感器的位移特性实验报告
本文将分析光纤传感器的位移特性实验，介绍器件本身的特性、参数设置、实验方法，测试数据以及实验结果。
光纤传感器是一种新兴的技术，它主要利用光纤的光学特性和检测技术来检测运动物体的物理位移，以及其他物理变化。
它具有小尺寸、低功耗、设备安装方便、非接触式等优点，可用于检测、控制和监视过程中的各种参数，在机器人技术、航空航天技术、发动机控制系统、安全监测、绿色能源等领域中有广泛的应用。
本实验使用的特定型号的光纤传感器器件是由XXX公司生产的，采用高精度表面贴装工艺，结构小巧，反应迅速，适合作为精密机械设备中的传感器使用。
此款器件采用单模光纤非接触式测量，最大位移量可达到±100mm，分辨率为1m以下，误差低于1%。
为了测试光纤传感器的位移特性，设计了一个由钢丝和支架组成的测试装置，将光纤传感器的光路安装在测试装置的两个固定点上，模拟了实际工作环境中的物理位移，测试装置还具有一定的可调性，可以满足不同的测试要求。
根据实验设计，将光纤传感器安装在协调测试装置上，通过实验室校验系统调节设备参数，如增益和温度，以保证测量结果的准确性，将器件设置为双轴平行模式，然后选择不同增益，模拟不同物理位移。
在每组测试中，模拟的位移值为10mm，20mm，30mm，40mm，50mm，60mm，70mm，80mm，90mm，100mm；每组测试都重复进行了三次，以获得有效的测量结果。
根据测量结果，绘制出光纤传感器的位移特性
图，将量测到的位移值与模拟的位移值进行比较，以确定光纤传感器的准确度。
实验结果表明，在测量范围内，光纤传感器的实测位移与模拟位移之间的误差在1μm以内，无论是在纵轴还是横轴方向，测量精度均达到了预期的要求。
光纤位移传感器实验报告
一、实验目的1. 理解光纤位移传感器的工作原理和结构。
2. 掌握光纤位移传感器的测量方法及其在位移检测中的应用。
3. 验证光纤位移传感器的准确性和可靠性。
二、实验原理光纤位移传感器是利用光纤的传输特性，通过测量光纤内传输光的变化来检测位移的一种传感器。
反射式光纤位移传感器是其中一种常见类型，其工作原理如下：1. 光源发射的光经光纤探头照射到被测物体表面。
2. 被测物体反射的光经接收光纤传输至光电转换元件。
3. 光电转换元件将光信号转换为电信号输出。
4. 根据电信号的强弱变化，计算被测物体的位移。
三、实验仪器与设备1. 光纤位移传感器2. 激光光源3. 光功率检测器4. 测微头5. 反射面6. 差动放大器7. 电压放大器8. 数显电压表9. 实验台四、实验步骤1. 搭建实验装置：将激光光源、光路系统、待测物体、光功率检测器等连接好。
2. 调节激光光源的位置和光路系统，使激光能够正常发出。
3. 将光纤位移传感器连接到光功率检测器，并调整其位置，使其与待测物体表面保持一定距离。
4. 旋转测微头，使光纤探头与待测物体表面接触，记录初始位移值。
5. 逐渐增加待测物体的位移，记录每个位移值对应的输出光功率。
6. 分析实验数据，绘制位移-光功率曲线，计算位移与光功率之间的关系。
五、实验结果与分析1. 通过实验，验证了光纤位移传感器在位移检测中的应用。
2. 实验结果表明，光纤位移传感器具有以下特点：- 高灵敏度：位移变化对光功率的影响较大，可以精确测量微小位移。
- 高稳定性：光纤传感器受外界环境干扰较小，具有较好的稳定性。
- 抗干扰能力强：光纤传感器对电磁干扰、温度变化等具有较强的抗干扰能力。
3. 实验数据表明，光纤位移传感器的输出光功率与位移之间存在线性关系，可以用于精确测量位移。
六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了光纤位移传感器的工作原理和结构。
2. 掌握了光纤位移传感器的测量方法及其在位移检测中的应用。
物理实验测量物体的位移
物理实验测量物体的位移物理实验是科学研究的重要手段之一，通过实验可以验证和探索各种理论。
在物理实验中，测量物体的位移是一项基本的内容。
本文将介绍物理实验测量物体位移的方法和注意事项。
一、实验目的实验的目的是通过合适的方法准确测量物体在某一时间段内的位移，并分析位移数据，得出相关结论。
二、实验仪器与材料1. 物体：选择一个适宜的物体，可以是一个小球或挂在弹簧上的质量。
2. 平面：将物体放在一个平坦的水平面上，确保实验环境没有明显的干扰。
3. 标尺：使用具有足够刻度的标尺来测量物体的位移。
三、实验步骤1. 准备工作：将所需仪器、材料整理好，确保实验环境安全整洁。
2. 定义参考点：选择一个固定的参考点，如实验台角上的一个标记点。
这个点将作为物体位移的起始点。
3. 就位：将物体放置在平面上，并确保物体平稳。
调整位置、角度等，使物体处于最佳状态。
4. 记录初始位置：使用标尺测量物体与参考点的距离，并记录下来。
这个数值将作为物体的初始位置。
5. 进行实验：对物体施加一个合适的力，使其发生位移。
可以是推、拉、拉动弹簧等方式。
6. 记录位移：在物体发生位移时，使用标尺测量物体的新位置，并记录下来。
这个数值将作为物体的位移。
7. 分析数据：根据实验记录计算物体的位移，可以使用公式 d = x -x0，其中 d 表示位移，x 表示最终位置，x0 表示初始位置。
8. 结论与讨论：根据实验数据得出结论，并进行进一步讨论和分析。
四、注意事项1. 实验环境：确保实验环境安全、整洁和稳定，避免外界干扰对实验结果产生影响。
2. 仪器准确性：使用准确度较高的仪器进行测量，以提高实验数据的可靠性。
3. 实验操作：实验操作要轻柔稳定，尽量减小误差的产生。
避免物体的旋转、晃动等不必要的动作。
4. 记录准确性：记录实验数据时要尽量准确，可以多次测量取平均值，减小误差。
5. 数据处理：在计算物体位移时，注意使用正确的公式和数据，避免出错。
位移测量系统的开题报告
远距离激光挠度/位移测量系统的开题报告一、背景介绍激光挠度/位移测量技术是目前研究结构工程领域研究中的热点技术。
传统的挠度测量方法采用机械触头式位移传感器，但其在测量精度、实施过程中的影响等方面存在一定问题。
相比之下，激光测量技术具有反应灵敏度高、测量范围广、不接触被测物体、不影响被测物体形态等优点。
因此，本文拟研究一种基于激光测量技术的远距离挠度/位移测量系统。
二、研究内容本文拟研究一种基于激光测量技术的远距离挠度/位移测量系统，其具体研究内容如下:1. 设计出激光器和激光束导向装置，将激光束在传感器和被测物之间精确定向，确保测量数据的准确性和可靠性。
2. 设计出一种高精度的记录仪，以精确记录振动和位移数据。
3. 搭建实验平台，并设计合适的结构体以便于检测不同类型的结构工程。
4. 对实验平台进行校准和测试，以确保所设计的调查系统的准确度和可靠性，进而优化该系统。
5. 设计出一种可移动的激光挠度/位移测量系统，以便于对不同结构进行测量。
三、研究意义该研究的结果将在许多工程领域中得到应用，如建筑学，土木工程，计算机科学等等。
通过测量建筑物，大坝，桥梁等结构工程的振动和位移，新的可靠，准确的测量系统将改进我们对这些结构的理解，预测和维护过程的管理。
为此，该研究将有助于开发解决结构工程问题的新型工具，以提高现有技术的效率，并为未来的研究提供基础。
四、研究方法本文所研究的远距离激光挠度/位移测量系统将采用激光测量技术，以精确记录振动和位移数据。
在搭建实验平台之前，首先需要设计和制造适合于此任务的激光器和激光束导向装置，并确保其可以精确定向激光束。
然后，在设计记录仪时，需要结合精密仪器，以确保准确记录振动和位移数据。
接下来，使用所设计的结构体来建立实验平台，以便于检测不同类型的结构工程。
在实验平台校准和测试中，需要精密的操作，以确保所设计的检测系统可靠而高效。
为方便对不同结构进行测量，还需要设计一种可移动的激光挠度/位移测量系统。
距离和位移检测实验
实验一距离位移传感器的测量一、实验目的：了解和掌握各种距离位移传感器的工作原理和测量方法。
二、实验仪器：德普施距离与位移传感器实验台DRJLWY德普施基础实验平台DRMY-ME-C德普施数据采集卡DRDAQ-USBSINO光栅尺数显表SINO-SDS3DRVI虚拟仪器实验平台DRVI-2.3三、实验原理：在德普施距离和位移传感器上集成安装了各种传感器，包括有：直线位移滑变电阻式传感器，超声波测距传感器，红外光电式测距传感器。
实验台上还安装了一个数字显示光栅尺作为位移传感器的定标工具标定。
1、直线位移滑变电阻式传感器的工作原理一、此种传感器基本结构分为三层：1.导电层（涂覆银膜用于导电）2.空气层（通过一定高度的分隔，使导电层与电阻层在自然状态下没有接触）3.导电塑料电阻层（涂覆导电塑料电阻的基层）二、作用实现当导电层受到外力向下压，会与最下层的导电塑料层发生接触，从而输出信号。
图1-1 直线位移传感器的工作原理直线位移滑变电阻式传感器(又称电子尺，电阻尺)实际上就是一个滑变电阻器。
随着压力滑块的运动，输出的电阻也随之变化，电阻的阻值与滑块距零点的位置成正比。
传感器的原理图如下图1-2所示：利用滑变电阻器的滑块引出抽头对输入电压进行分，假设出电压为0至+5V 之间的模拟电压信号，传感器的输出特性为Y = KX ，如上图1-3所示。
其中Y 为传感器的输出，X 为滑变电阻器中间抽头距零点的距离。
2、 超声波测距传感器的工作原理声波是一种能在气体、液体和固体中传播的机械波。
根据振动频率的不同，可分为次声波、声波、超声波和微波等。
1) 次声波：振动频率低于l6Hz 的机械波。
2) 声波：振动频率在16—20KHz 之间的机械波，在这个频率范围内能为人耳所闻。
3) 超声波：高于20KHz 的机械波。
超声波与一般声波比较，它的振动频率高，而且波长短，因而具有束射特性，方向性强，可以定向传播，其能量远远大于振幅相同的一般声波，并且具有很高的穿透能力。
电感式位移传感器的设计
题目：电感传感器的路径中心检测装置设计姓名孙召成院系机电工程学院专业精密仪器及机械学号 2012031002目录摘要 (1)Abstract (2)1．绪论 (3)1．2 传感器介绍 (3)1．3 研究的基本内容，拟解决的主要问题 (4)2．整体的方框图与工作原理 (5)3．各个单元电路的设计 (6)3．1 8051单片机简介 (6)3．2 电感式位移传感器的基本原理 (8)3．3 电感测头的结构 (10)3．4 正弦波电路的设计 (11)3．5零点残余电压的调整 (13)3．6交流放大电路 (14)3．7相敏检波电路 (14)3．8 A/D转换及显示电路 (16)4．参考文献 (19)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.对电感测微仪的方弦波生成电路、交流放大电路、检波电路等进行了分析和相应的设计。
关键词:电感传感器、交流放大器电路、检波电路、单片机处理电路、显示电路、硬件调试。
AbstractA 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 ampli2tube stabilizing technique too. The accuracy and stability of the sensor circuits also increased greatly.Key Words : inductance sensor, Exchange amplifier circuit, Detection circuit, SCM processing circuit, Show circuit，Hardware debugging1．绪论1.1引言传感器检测技术是实现超精位置和轨迹方向的前提和基础。
静电计检测微位移的原理和实验
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变 形应 该 比材料 的原子 尺寸 还要 小 。大 的电极 ，问隙 又 小 ，阻力必 然很 大 ，就会影 响 可动 电极 的位 移 ，如
图２ 可动 电极 静 电计 振 动 测 量 示 薏 图
用 公式（） ４来进 行微位 移测量 ，必须 保持 电容里 的
电荷 不变 ，或 者说 ，检测 过程 中经 过 电容绝 缘材 料流
图２ 可动 电极静 电计 测量振动位 移的机械部 分示 是
失或充入 的 电荷远 小于Ｑ 。图 １ 。 是用 静 电计测量 电容 电
的微位移进行测量的实验结果验证 了上述结论。 …
关 整
微位移； 电计； 静 电容； 可动 电极
１ 引 言
不变 ， ｅ 是 常数 。公式（） 。 ２表示 电容极板 间 电压Ｖ 电 与
检测微 位移 ，特 别是迅速 变化 的微 位移 ，即动态 容 极 板 问 间 隙ｈ 正 比 。 成
＾ （：
ｇ ｏ
Ｄ
置 ，而是随手制作实验验证样机 。
电极 问 的距 离 比于 电极 问 电压 ，比例 常 数 是 （正
电容式传感器的位移实验报告
电容式传感器的位移实验报告电容式传感器的位移实验报告概述：电容式传感器是一种常见的传感器类型，它通过测量电容的变化来检测物体的位移。
在本次实验中，我们将使用电容式传感器来测量一个物体的位移，并分析实验结果。
实验装置：1. 电容式传感器：我们选择了一款高精度的电容式传感器，具有稳定的性能和较小的测量误差。
2. 信号采集器：为了获取传感器的输出信号，我们使用了一台信号采集器，并将其连接到电容式传感器。
3. 物体：我们选择了一个简单的金属块作为实验物体，通过移动该物体来模拟位移。
实验步骤：1. 连接：首先，我们将电容式传感器与信号采集器进行连接。
确保连接稳固可靠，并避免干扰信号的出现。
2. 校准：在进行实际测量之前，我们需要对电容式传感器进行校准。
校准的目的是确定传感器的输出与实际位移之间的关系。
3. 实验测量：将物体放置在传感器的测量范围内，并通过移动物体来模拟位移。
同时，记录传感器输出的变化，并与实际位移进行对比。
实验结果与分析：通过实验测量，我们得到了一系列传感器的输出值，并与实际位移进行了对比。
根据我们的实验数据，我们可以得出以下结论：1. 传感器输出与位移之间存在线性关系：通过绘制传感器输出与实际位移之间的散点图，我们发现它们之间存在明显的线性关系。
这意味着电容式传感器在测量位移方面具有较高的准确性和可靠性。
2. 测量误差存在：尽管电容式传感器具有较高的精度，但在实际测量中仍存在一定的误差。
这些误差可能来自于传感器本身的不确定性，以及实验环境中的干扰因素。
因此，在实际应用中，我们需要对测量结果进行修正和校准。
3. 传感器响应速度：通过观察传感器输出的变化曲线，我们可以了解到电容式传感器的响应速度。
在实验中，我们发现传感器的响应速度相对较快，能够准确地跟踪物体的位移变化。
实验应用：电容式传感器在工业和科学研究领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 位移测量：正如我们在实验中所展示的，电容式传感器可以用于测量物体的位移。
DIS
教学内容概要学生姓名：物理备课组教师：年级：初三日期：秋季班上课时间：第次课主课题： DIS实验教学内容主旨：1、DIS实验2、DIS测位移3、DIS测速度4、DIS测加速度5、DIS自由落体运动教学重难点：1、DIS测位移2、DIS测速度3、DIS测加速度课后作业记录：【知识精要讲解】学生实验一、练习使用DIS［实验目的］熟悉DIS的使用方法。
［实验器材］DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）、刻度尺等。
［实验装置］练习使用DIS装置图练习使用DIS装置图［实验原理］位移传感器有发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。
测量时，位移传感器的发射器与被测物体固定在一起，发射器按照一定的时间间隔发射超声波，同时发射相应的红外线信号。
位移传感器的接受器接收到红外线信号时开始计时，接收到超声波信号时停止计时。
由于红外线的传播速度为光速，近距离内传播时传播时间可忽略不计，故可认为位移传感器收到的红外线的时间等同于发射器发射红外线的时间，把位移传感器把接收器记录的时间乘以声速就得到发射器和接收器之间的距离。
［实验步骤］1．将位移传感器与数据采集器相连，数据采集器与计算机相连构成DIS实验系统。
2．开启数据采集器电源和位移传感器发射器的电源后，运行DIS应用软件，点击实验条目上的“练习使用DIS”。
3．将位移传感器的发射器与接收器正对放置，点击“开始记录”，观察计算机界面上的数据变化，并与刻度尺的测量结果进行比较。
4．改变接收器和发射器的相对距离，测量其可测的最大、最小距离，并将实验结果填入表格中。
实验结论：位移传感器的测量范围最大距离s max（cm）最小距离s min（cm）［注意事项］1．使用位移传感器时，要注意开启位移传感器发射器电源。
2．分组实验时，不同小组的位移传感器发射器可能相互干扰，可用书本或木板加以简单遮档即可解决此问题。
［形成性练习］1．DIS意为，DISLab由、、、构成的新型实验系统。
电涡流式位移传感器实验报告
电涡流式位移传感器实验报告前言位移传感器是一种用于测量目标物体位置变化的装置。
在各个领域中都有广泛的应用，比如工业自动化、机械制造以及医疗设备等。
本实验将研究一种常见的位移传感器——电涡流式位移传感器，并通过实验测试其性能和准确性。
一、实验原理电涡流位移传感器是一种非接触式传感器，通过检测金属目标物体上产生的电涡流来测量目标物体的位移。
当一个金属目标物体靠近传感器时，传感器中的线圈会产生交变磁场。
这个交变磁场会引起目标物体上的电流变化，从而产生一个反向的磁场与传感器磁场相互作用。
通过检测目标物体上的电流变化来测量目标物体的位移。
传感器输出的电压信号与目标物体的位置成正比。
二、实验准备1. 装置：电涡流位移传感器、目标物体、信号发生器、示波器。
2. 连接：将信号发生器和示波器连接到电涡流位移传感器上。
三、实验步骤1. 将目标物体放置在电涡流位移传感器的感应范围内。
2. 设置信号发生器的频率和振幅，可以根据实际需要进行设置。
3. 打开示波器，并选择合适的测量范围。
4. 观察示波器上显示的波形，并记录下电压的变化。
四、实验结果通过实验，我们得到了与目标物体位置变化相关的电压信号波形。
通过观察示波器上的波形，我们可以获得目标物体位移的信息。
实验结果表明电涡流式位移传感器具有较好的线性和精确性，可以用于准确测量目标物体的位移。
五、实验分析电涡流式位移传感器的原理是基于金属材料的导电性以及磁场和电流的相互作用。
目标物体的位置变化引起了电涡流的变化，从而影响传感器输出的电压信号。
通过对电压波形的观察和分析，我们可以得到目标物体位置变化的相关信息。
因此，电涡流式位移传感器在工业生产中应用非常广泛。
六、实验应用电涡流位移传感器可以用于各种需要测量位移的场合。
在机械制造中，可以用于检测零件的装配精度；在汽车工业中，可以用于测量活塞的位置变化；在医疗设备中，可以用于测量人体关节的运动等。
由于电涡流式位移传感器具有非接触式测量和高精度等特点，因此在现代工业中得到了广泛的应用。
传感器及检测技术教学设计4位移检测
项目三位移检测教学目的：1、能认识、了解检测位移量的传感器器件，了解它们的主要特点和性能。
2、能了解绝对式和增量式光电编码器的基本知识。
3、会用光电编码器测量位移。
4、能了解光栅传感器的组成和结构。
5、能理解莫尔条纹测量位移的原理。
6、能了解磁栅传感器的组成和特点。
了解磁栅、磁头的结构和工作原理。
7、能理解自感式电感传感器和差动变压器的工作原理、测量电路及应用电路。
课型：新授课课时：3个任务，安排6个课时。
教学重点：认识光电编码器和码盘的外形，增量式编码器的结构和组成，增量式编码器的工作原理；绝对式编码器的结构和工作原理；光栅传感器的外形与结构；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；磁栅传感器的外形；磁栅传感器的组成和测量原理。
教学难点：增量式编码器的结构和组成；绝对式编码器的结构和工作原理；莫尔条纹的形成及特性；光栅传感器的组成；光栅传感器的测量电路；磁栅传感器的组成和测量原理；自感式电感传感器；互感式电感传感器；差动变压器的工作原理；零点残余电压产生的原因和消除；差动变压器的测量电路。
教学过程：1.教学形式：讲授课，教学组织采用课堂整体讲授和分组演示。
2.教学媒体：采用启发式教学、案例教学等教学方法。
教学手段采用多媒体课件、视频等媒体技术。
作业处理：完成项目后的思考题。
板书设计：基本知识汇总任务一数控机床的位移检测（光电编码器）数控机床是机电一体化的典型产品，它是机、电、气、液、光等多学科的综合，技术涉及机械制造、传感器、信息处理、计算机、自动控制、伺服驱动等多个领域。
其中传感器在数控机床中具有重要地位，它监视和测量着数控机床工作过程的每一步。
数控机床中很重要的一个指标是进给运动的位置定位和重复定位误差。
要提高位置控制精度就必须采用高精度的位移检测装置。
位移检测的对象有工作台的直线位移及回转工作台的角位移等，与此相对应有直线式和旋转式检测装置。
光电编码器可直接用于旋转式测角位移和通过角位移与直线位移之间的线性关系间接测出工作台的直线位移。
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湖南理工学院南湖学院位移检测装置设计实验指导老师：李锶姓名：卢杰系别：机械电子工程系班级：机械电子工程班学号： 241135002352014 年6 月4 日目录目录 (2)第一章总体方案设计 (3)1.1设计目的 (3)1.2总体方案设计 (4)第二章硬件电路设计 (5)2.1传感器的工作原理 (5)2.2 差动变压器传感器安装 (5)2.3放大电路的设计 (6)2.4采集电路的设计 (7)2.4.1数据采集系统的组成 (7)2.4.2数据采样保持器 (8)2.4.3 AD0809的工作原理与连接 (8)2.5输入通道设计 (9)2.6显示电路的设计 (9)第三章软件的设计 (10)3.1数据处理子程序的设计 (10)3.1.1系数调整 (10)3.1.2数制转换 (10)3.2数据采集子程序的设计 (11)3.3数据显示子程序的设计 (11)3.4地址空间的分配： (12)第四章设计总结 (13)参考文献 (13)随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以差动变压器式(LVDT)位移传感器为主,测量0～10mm。
传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。
然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。
第一章总体方案设计1.1设计目的差动变压器式(LVDT)位移传感器广泛应用于工业现场和测试领域，如过程检测和自动控制、形变测量等，适用于油污、光照等恶劣环境。
这种传感器可靠而耐用，但选用它监控机械位移量，还需设计与传感器配套的测量装置图1.2.1 主程序流程图研制开发的位移测量装置适用于工业现场和多种测试领域。
按照使用的要求，系统可实现:有效量程10mm，精度0.0lmm; LED同时显示1-4路测量值;零点值重置等功能。
通过本次课程设计，达到以下三点：（1）.通过本次课程设计加深对差动变压器电感传感器在工程实践中的应用的了解；（2）.掌握用这种传感器组成位移测量系统的原理和方法；（3）.进一步掌握这种传感器的性能特点和工程应用。
1.2总体方案设计本系统采用内含4KB程序存储器的8位单片微型计算机89C51，其内部4KB程序存贮器可以满足本系统的需求，同时可以较大限度地减少外围器件;按照有效量程和精度，本系统选用国内厂家的配套产品AC-LVDT传感器;使用四组(每组5个)LED七段数码管同时显示四路测量值;用于过程控制的信号采样应较快，应采用较高速的A/D转换器。
主程序流程图、系统原理图分别如图1.2.1、图1.2.2所示。
图1.2.2 系统原理第二章硬件电路设计2.1传感器的工作原理差动变压器由一只初级线圈和二只次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，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动电势输出。
利用两个线圈之间互感的变化引起感应电势的变化，来获得与被测量成一定函数关系的输出电压，实现非电量的测量。
应用最多的是螺线管式差动变压器，它可以测量1～100(mm)范围内的机械位移、150HZ以下的低频振动、加速度、应变、比重、张力、厚度、称重等一、切能引起机械位移变化的非电物理量。
本次差动变压器的原理是建立在CSY2000型传感器实训台的基础上的。
差动变压器电感传感器具有结构简单、性能优越、测量精度高、灵敏度高和价格合理等优点。
2.2 差动变压器传感器安装1、将差动变压器和测微头(参照附：测微头使用)安装在实验模板的支架座上，如下图2.2.1。
图2.2.1差动变压器传感器安装示意图2、差动变压器的原理图已印刷在实验模板上，L1为初级线圈；L2、L3为次级线圈；＊号为同名端。
按图2-3接线，差动变压器的原边Ｌ１的激励电压必须从主机箱中音频振荡器的Lv端子引入，检查接线无误后合上总电源开关，调节音频振荡器的频率为4－5KHz（可用主机箱的频率表输入Fin来监测）；调节输出幅度峰峰值为Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图2.2.2差动变压器性能实验安装、接线图2.3放大电路的设计传感器输出电压为0～50mV，而A/D转换器所能处理的电压是0～5V，所以必须在A/D转换器前加入一个前置差动放大电路以实现电压的放大，放大倍数为100倍，使输出电压为0～5V。
由于单运放在应用中要求外围电路匹配精度高、增益调整不便、差动输入阻抗低，故采用三运放结构。
三运放结构具有差动输入阻抗高、共膜抑制比高、偏置电流低等优点，且有良好的温度稳定性，低噪单端输出和和增益调整方便，适于在传感器电路中应用。
如图2-2所示，图中 RG 为增益调节电阻，整个芯片仅R5为外接电阻，而运放A1 为增益为100的差动输入放大器。
电压的放大倍数：可由公式得出倍数。
因此我们可以改变R2和R1的比值来改变放大倍数。
量程的确定：转动20圈 进给10mm 电压变化 0.52V灵敏度 S=d U ∆∆= mmV 552.0=0.104V/mm …………………………(8) 根据电压得量程是 ＋1.7V ～－1.7V可以由公式8得出距离d 得量程是 ＋16.35mm ～－16.35mm.图2.3.1放大电路硬件原理图2.4采集电路的设计2.4.1数据采集系统的组成数据采集系统的核心是计算机，他对整个系统进行控制和数据处理，他由采样/保持器，放大器，A/D 转换器，计算机组成。
2.4.1 数据采样系统框图2.4.2数据采样保持器进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D 转换的孔径时间。
当输入信号频率较高，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差；为了防止误差需在中间加一个功能器件采样/保持器，进行有效、正确的数据采集。
采样/保持器通常由保持电容器、模拟开关和运算放大器组成。
采样保持器的原理：如图2.4.2，当开关闭合时，V1通过限电流电阻向电容C 充电，在电容值合理的情况下，V0随Vi 的变化而变化；当K 断开时，由于电容C 有一定的容量，此时输出V0保持输入信号再开断开瞬间的电平值。
图2.4.2 采样保持原理图2.4.3 AD0809的工作原理与连接AD 转换器与8031单片机相连接，将IN0的输入模拟信号转换成数字信号。
从而可以输入8031进行下一步处理。
采用逐位逼近式的AD 转换器。
其原理如下图：启动模拟量输入数字量输出锁存器反馈电压转换器逐位逼近寄存器（）控制时序和逻辑电路比较器图 2.4.3 AD0809的原理图32 6 4 7 8 5 1 U2AD620 3 2 6 4 7 8 5 1 U3 AD620 输入 高阻输入模拟开关 输出 C41u当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下。
首先是寄存器的最高位D3=1 ，其余为0，此数字量1000经D/A 转换器换成模拟量8，送到比较器输入端与被转换地模拟量进行比较控制逻辑根据比较器输出进行判断，当Vin V o ，则保留D 3=1,再对下一位D 2进行比较，同样先使D 2＝1，与D 3一起即1100进入D/A 转换器，进行比较，以此进行比较，到最后一位D 0。
时钟频率复位电路欧2.5输入通道设计转换器单片机位移传感器电路显示2.6显示电路的设计显示部分可以将处理得出的信号在显示器上显示，让人们直观的看到被测体的质量，也可以进行报警提示。
本设计采用的显示模块是128×64点阵的汉字图形型液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM （GDRAM ）。
可与CPU 直接接口，提供两种界面来连接微处理机：8-位并行及串行两种连接方式。
8031单片机 ADC0809转换器图2.6.1显示电路图第三章软件的设计3.1数据处理子程序的设计数据处理子程序是整个程序的核心。
主要用来调整输入值系数，使输出满足量程要求。
另外完成A/D的采样结果从十六进制数向十进制数形式转化。
3.1.1系数调整在IN0输入的数最大为10mm，要求的位移10mm对应的是5.0V，为十六进制向十进制转换方便，将系数放大100倍。
并用小数点位置的变化体现这一过程。
3.1.2数制转换数制之间的转换：在二进制数制中，每向左移图3.1.2 数据处理原理框图一位表示数乘二倍。
以每四位作为一组对数分组，当第四位向第五位进位时，数由8变到16，若按十进制数制规则读数，则丢失6，所以应进行加六调整。
DA 指令可完成这一调整。
可见数制之间的转换可以通过移位的方法实现。
其中，移出数据的保存可以通过自乘再加进的方法实现，因为乘二表示左移一位，左移后，低位进一，则需加一。
否则，加零。
而通过移位已将要移入的尾数保存在了进位位中，所以能实现。
3.2数据采集子程序的设计数据采集用A/D0809芯片来完成，主要分为启动、读取数据、延时等待转换结束、读出转换结果、存入指定内存单元、继续转换（退出）几个步骤。
ADC0809初始化后，就具有了将某一通道输入的0～5模拟信号转换成对应的数字量00H —FFH，然后再存入8031内部RAM的指定单元中。
在控制方面有所区别。
可以采用程序查询方式，延时等待方式和中断方式。
图3.2.1 数据采样原理框图3.3数据显示子程序的设计显示子程序是字符显示，首先调用事先编好的8279的键盘显示子程序。
调用8279初始化命令，然后输出写显示命令。
在显示过程中一定要调用延时子程序。
当输入通道采集了一个新的过程参数，或仪表操作人员键入一个参数，或仪表与系统出现异常情况时显示管理软件应及时调用显示驱动程序模块，以更新当前的显示数据显示符号。
DIR MOV R0,#79H ；置显示缓冲区首地址MOV R3,#01H ；置位选码初值MOV A,R3LOOP: MOV DPTR,#7F01H ；DPTR-PA口地址MOVX@DPTR,A ；输出位选码INC DPTR ；指向PB口MOV A,@R0 ；取被显示的数据ADD A,#0DH ；形成查表的偏移地址MOVC A,@A+PC ；求出显示代码DIR1: MOVX@DPTR,A ；输出显示代码ACALLTIM2 ；延时INC R0 ；指向下一个显示数据MOV A,R3JB ACC.5,LOOP1 ；判断6位是否显示完毕RL A ；形成下一个位代码MOV R3,AAJMP LOOPLOOP1:RETDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DHDB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CHDB 39H,5EH,79H,71HTIM2: MOV R7,#04HDLT1: MOV R6,#0FFHDLT2: DJNZ R6,DLT2DJNZ R7,DLT1RET图3.3.1 显示原理框图3.4地址空间的分配：0000H~3FFFH:实验机上的扩展后8031上的RAM，数据存储空间。