哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
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哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
1.2.3.7 用所设计位移测量系统对某一位移量进行测量，给出测量结果及其测量不确定 度。 1.2.3.8 撰写课程设计报告（撰写规范参见哈尔滨理工大学学士论文撰写规范）。内容包 括：目录、设计题目、方案讨论、设计计算（公式、框图、设计计算程序、设计结 果）、精度分析、参考资料、设计小结等，并与图纸一起装订成册。 1.3 课程设计时间安排
-I-
哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
第 1 章 绪论
1.1 课程设计目的意义 1.1.1 掌握误差理论、传感技术和测控电路的基本理论 1.1.1.1 培养学生综合运用误差理论、测控电路和传感技术相关理论知识的能力 1.1.1.2 培养学生合理选择、使用、设计、制作、调试传感器以及变送电路的能力 1.1.1.3 培养学生建立测量误差存在于测量全过程的概念 1.1.1.4 掌握测试结果数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法 1.1.2 培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力 1.2 课程设计任务 1.2.1 设计题目
第 3 章 硬件电路设计........................................................................................ 4 3.1 传感器设计.............................................................................................. 4 3.2 转换电路设计.......................................................................................... 5 3.2.1 相敏检波电路的设计....................................................................... 5 3.2.2 低通滤波器的设计........................................................................... 6 3.3 振荡电路设计.......................................................................................... 6 3.4 仿真实验................................................................................................... 8 3.4.1 相敏检波以及相应低通滤波后的示波器仿真结果......................... 8 3.4.2 稳幅文氏电桥正弦波发生器波形仿真图....................................... 10 3.5 本章小结................................................................................................. 12
正 弦 发 生 器
图 1 差动变压器测位移原理总框图
2.2 系统组成 稳幅文氏电桥正弦波发生器 差动变压器式传感器及测微头 差动放大电路 相敏检波电路 低通滤波电路 2.3 本章小结
位移测量系统设计、制作及其精度分析（难度系数 1.2） 采用差动变压器式电感传感器设计一套位移测量系统，包括差动变压器的设计、 转换及调理电路的设计、安装和调试、标定实验和测试实验及精度分析。 1.2.2 设计要求 差动变压器式位移测量系统输入信号是位移量，输出信号为 0~5V 直流电压。在 0~30mm 内自行确定测量范围及精度指标。 1.2.3 设计任务 1.2.3.1 设计传感器：根据传感器的工作原理，设计差动变压器式电感传感器。包括传 感器参数设计和架构设计。 1.2.3.2 测绘传感器：对给定的差动变压器式电感传感器进行结构尺寸测绘，包括初级 线圈，次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部分。 1.2.3.3 画出传感器的结构图。 1.2.3.4 采用分立元件设计差动变压器式电感传感器的转换及调理电路，给出各元器件 参数，并画出电路的原理图。 1.2.3.5 设计并加工制作 PCB 板。焊接电路板，并完成电路板的调试，输出要求的直流 信号。 1.2.3.6 对所设计的位移测量系统进行标定。对该系统给定标准位移输入信号，测出系 统输出信号，并对所获得数据进行数据处理，建立回归方程，进行方差分析及显著性 检验，给出回归精度估计。
结论.................................................................................................................... 17 参考文献............................................................................................................ 17 心得体会............................................................................................................ 18
第 4 章 实际电路设计与调试.......................................................................... 13 4.1 面包板的插线与调试............................................................................. 13 4.2 焊接与调试............................................................................................. 13 4.3 本章小结................................................................................................. 13
课程实践学时 2 周，主要内容及时间安排可大致分配如表 1。
阶段
第一阶段
第二阶段 第三阶段 第四阶段
表 1 学年设计内容及时间分配
实践内容 选题、查阅资料、不同方案分析与比对，最优 方案确定；传感器设计及变送电路设计，调试 解调电路设计；Protel 绘制电路原理图及仿真实 验，绘制印刷电路版图 调制解调电路调试；转换电路及放大电路调试 测试系统标定实验；相应参数测量实验及精度 分析 答辩
哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
目录
第 1 章 绪论........................................................................................................ 1 1.1 课程设计目的意义................................................................................... 1 1.2 课程设计任务........................................................................................... 1 1.2.1 设计题目............................................................................................. 1 1.2.2 设计要求............................................................................................. 1 1.2.3 设计任务............................................................................................. 1 1.3 课程设计时间安排................................................................................... 2
第 2 章 总体方案设计........................................................................................ 3 2.1 工作原理................................................................................................... 3 2.2 系统组成................................................................................................... 3 2.3 本章小结................................................................................................... 3
第 5 章 系统标定与精度分析.......................................................................... 14 5.1 标定......................................................................................................... 14 5.1.1 传感器静特性的标定....................................................................... 14 5.1.2 传感器动特性的标定....................................................................... 14 5.1.3 回归方程、进行方差分析、显著性检验及回归精度估计........... 15 5.2 精度的分析............................................................................................. 15 5.3 本章小结................................................................................................. 16
时间（天）
3
4 2 1
Baidu Nhomakorabea-2-
哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
第 2 章 总体方案设计
2.1 工作原理 首先设计一正弦信号发生器，采用的是稳幅文氏电桥正弦波发生器，使用的是差
动变压器式传感器，差动变压器在应用时要想法消除零点残余电动势和死区，选用合 适的测量电路，采用相敏检波电路，既可判别衔铁移动（位移）方向又可改善输出特 性，消除测量范围内的死区，滤波部分选用的是 RC 有源低通滤波器。图 1 是差动变压 器测位移原理的总框图。
哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
1.2.3.7 用所设计位移测量系统对某一位移量进行测量，给出测量结果及其测量不确定 度。 1.2.3.8 撰写课程设计报告（撰写规范参见哈尔滨理工大学学士论文撰写规范）。内容包 括：目录、设计题目、方案讨论、设计计算（公式、框图、设计计算程序、设计结 果）、精度分析、参考资料、设计小结等，并与图纸一起装订成册。 1.3 课程设计时间安排
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哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
第 1 章 绪论
1.1 课程设计目的意义 1.1.1 掌握误差理论、传感技术和测控电路的基本理论 1.1.1.1 培养学生综合运用误差理论、测控电路和传感技术相关理论知识的能力 1.1.1.2 培养学生合理选择、使用、设计、制作、调试传感器以及变送电路的能力 1.1.1.3 培养学生建立测量误差存在于测量全过程的概念 1.1.1.4 掌握测试结果数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法 1.1.2 培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力 1.2 课程设计任务 1.2.1 设计题目
第 3 章 硬件电路设计........................................................................................ 4 3.1 传感器设计.............................................................................................. 4 3.2 转换电路设计.......................................................................................... 5 3.2.1 相敏检波电路的设计....................................................................... 5 3.2.2 低通滤波器的设计........................................................................... 6 3.3 振荡电路设计.......................................................................................... 6 3.4 仿真实验................................................................................................... 8 3.4.1 相敏检波以及相应低通滤波后的示波器仿真结果......................... 8 3.4.2 稳幅文氏电桥正弦波发生器波形仿真图....................................... 10 3.5 本章小结................................................................................................. 12
正 弦 发 生 器
图 1 差动变压器测位移原理总框图
2.2 系统组成 稳幅文氏电桥正弦波发生器 差动变压器式传感器及测微头 差动放大电路 相敏检波电路 低通滤波电路 2.3 本章小结
位移测量系统设计、制作及其精度分析（难度系数 1.2） 采用差动变压器式电感传感器设计一套位移测量系统，包括差动变压器的设计、 转换及调理电路的设计、安装和调试、标定实验和测试实验及精度分析。 1.2.2 设计要求 差动变压器式位移测量系统输入信号是位移量，输出信号为 0~5V 直流电压。在 0~30mm 内自行确定测量范围及精度指标。 1.2.3 设计任务 1.2.3.1 设计传感器：根据传感器的工作原理，设计差动变压器式电感传感器。包括传 感器参数设计和架构设计。 1.2.3.2 测绘传感器：对给定的差动变压器式电感传感器进行结构尺寸测绘，包括初级 线圈，次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部分。 1.2.3.3 画出传感器的结构图。 1.2.3.4 采用分立元件设计差动变压器式电感传感器的转换及调理电路，给出各元器件 参数，并画出电路的原理图。 1.2.3.5 设计并加工制作 PCB 板。焊接电路板，并完成电路板的调试，输出要求的直流 信号。 1.2.3.6 对所设计的位移测量系统进行标定。对该系统给定标准位移输入信号，测出系 统输出信号，并对所获得数据进行数据处理，建立回归方程，进行方差分析及显著性 检验，给出回归精度估计。
结论.................................................................................................................... 17 参考文献............................................................................................................ 17 心得体会............................................................................................................ 18
第 4 章 实际电路设计与调试.......................................................................... 13 4.1 面包板的插线与调试............................................................................. 13 4.2 焊接与调试............................................................................................. 13 4.3 本章小结................................................................................................. 13
课程实践学时 2 周，主要内容及时间安排可大致分配如表 1。
阶段
第一阶段
第二阶段 第三阶段 第四阶段
表 1 学年设计内容及时间分配
实践内容 选题、查阅资料、不同方案分析与比对，最优 方案确定；传感器设计及变送电路设计，调试 解调电路设计；Protel 绘制电路原理图及仿真实 验，绘制印刷电路版图 调制解调电路调试；转换电路及放大电路调试 测试系统标定实验；相应参数测量实验及精度 分析 答辩
哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
目录
第 1 章 绪论........................................................................................................ 1 1.1 课程设计目的意义................................................................................... 1 1.2 课程设计任务........................................................................................... 1 1.2.1 设计题目............................................................................................. 1 1.2.2 设计要求............................................................................................. 1 1.2.3 设计任务............................................................................................. 1 1.3 课程设计时间安排................................................................................... 2
第 2 章 总体方案设计........................................................................................ 3 2.1 工作原理................................................................................................... 3 2.2 系统组成................................................................................................... 3 2.3 本章小结................................................................................................... 3
第 5 章 系统标定与精度分析.......................................................................... 14 5.1 标定......................................................................................................... 14 5.1.1 传感器静特性的标定....................................................................... 14 5.1.2 传感器动特性的标定....................................................................... 14 5.1.3 回归方程、进行方差分析、显著性检验及回归精度估计........... 15 5.2 精度的分析............................................................................................. 15 5.3 本章小结................................................................................................. 16
时间（天）
3
4 2 1
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哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告
第 2 章 总体方案设计
2.1 工作原理 首先设计一正弦信号发生器，采用的是稳幅文氏电桥正弦波发生器，使用的是差
动变压器式传感器，差动变压器在应用时要想法消除零点残余电动势和死区，选用合 适的测量电路，采用相敏检波电路，既可判别衔铁移动（位移）方向又可改善输出特 性，消除测量范围内的死区，滤波部分选用的是 RC 有源低通滤波器。图 1 是差动变压 器测位移原理的总框图。