课程设计电容传感器测纸张厚度
传感器课程设计电容传感器
燕山大学课程设计说明书题目：电容式纸张厚度传感器的设计学院（系）：电气工程学院年级专业： 09级仪表一班学号：学生姓名：指导教师：**教师职称：副教授燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：基层教学单位：说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
燕山大学课程设计评审意见表摘要第一章绪论。
介绍测厚传感器检测技术的发展概况及本课题研究的背景、目的和研究的主要内容。
第二章电容传感器的结构设计。
从电容传感器的基本工作原理出发，分析其用于测厚方面的优缺点，并结合有限元分析软件及电容精确计算公式对传感器的边缘效应做深入研究，对传感器的结构进行优化设计，研制出具有新型结构的电容传感器。
第三章基于电容传感器的测厚系统电路设计。
对测厚系统的整体设计方案做详细阐述，分析电容传感器的等效电路，估算出合适的工作频率范围，并对检测电路的各组成部分分别进行说明和设计。
第四章虚拟仪器技术在电容测厚系统中的应用。
根据虚拟仪器技术的应用及特点，选用LABVIEW 作为开发平台，在相应的硬件基础之上，完成数据采集，虚拟仪器面板开发及用户应用程序的创建。
第五章实验与结果分析。
通过样机空载及云母纸测厚实验，得到样机各项性能指标，并对测量误差进行分析。
第六章全文总结及展望。
对虚拟电容测厚系统的研制工作进行总结，针对不足提出一些设想。
2 电容传感器的结构设计2.1 电容传感器的工作原理及类型电容传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
实际上，它本身（或和被测物）就是一个具有可变参数的电容器。
在大多数场合，电容器由两平行极板以及中间的电介质组成，当不考虑边缘效应时，其电容量为（2-1）式中，C：两极板间的电容（F）；ε：真空介电常数，为8.854×10-12（F/m），空气的介电常数与真空近似；ε：极板之间介质的相对介电常数；rs：极板的有效面积（m2）；d：两极板间距（m）。
ε发生变化时，电容量C 也就随之改当被测量的变化能使式中d，S 或r变，再通过一定的测量电路将其转化为电压、电流或频率等电信号输出，即可根据输出的电信号判定被测物理量的大小，这也是电容传感器的基本工作原理。
传感器厚度测量课程设计
传感器厚度测量课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的基本原理，掌握不同类型传感器的工作方式及其适用场景。
2. 学生能够掌握使用传感器进行厚度测量的数学模型及计算方法。
3. 学生能够回忆起并运用基本的物理知识，如压力、形变等，以解释传感器在厚度测量中的应用。
技能目标：1. 学生能够正确操作传感器设备，进行实际的厚度测量实验，并准确记录数据。
2. 学生能够运用数据处理软件对测量结果进行分析，得出可靠的厚度测量值。
3. 学生能够设计简单的厚度测量实验，解决实际问题，展现创新和探究能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对科学实验的尊重和热情，对待实验操作认真严谨。
2. 学生能够发展团队合作精神，通过小组活动共同完成实验任务，相互交流心得。
3. 学生能够认识到传感器在工业生产和科学研究中的重要性，增强对技术发展的认识和对未来职业生涯的规划意识。
课程性质分析：本课程为高二年级物理课程的拓展内容，旨在通过实践操作，加深学生对物理知识的理解，同时培养学生的动手能力和科学探究精神。
学生特点分析：高二年级的学生已具备一定的物理知识基础和实验操作能力，对新鲜事物充满好奇，但需要进一步引导他们将理论知识应用于实践，并在过程中发展解决问题的能力。
教学要求：1. 结合物理课本中有关传感器的内容，设计符合学生认知水平的实践活动。
2. 教学中注重启发式教学，鼓励学生思考与提问，引导学生通过自主探究学习。
3. 教学评估应关注学生在实验操作、数据分析以及团队合作等方面的具体表现。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下三个方面：1. 传感器原理介绍：- 复习传感器的基本概念、工作原理及其分类。
- 介绍压力传感器、应变传感器等在厚度测量中的应用。
2. 实验操作与数据采集：- 讲解实验设备的使用方法，包括传感器的安装、调试。
- 引导学生进行实际操作，完成厚度测量实验，并指导学生正确记录数据。
3. 数据处理与分析：- 介绍数据处理软件的使用方法，如Excel、Origin等。
基于电容传感器的纸张计数仪设计
㊀第３８卷第３期㊀㊀㊀㊀㊀佳木斯大学学报(自然科学版)㊀㊀Ｖｏｌ.３８Ｎｏ.３㊀２０２０㊀年０５月㊀㊀㊀㊀ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ)㊀Ｍａｙ㊀２０２０文章编号:１００８－１４０２(２０２０)０３－０１４７－０４基于电容传感器的纸张计数仪设计①白彩波１ꎬ㊀余红英１ꎬ㊀庾㊀虔２(１.芜湖职业技术学院ꎬ安徽芜湖２４１００６ꎻ２.安徽工程大学ꎬ安徽芜湖２４１０００)摘㊀要:㊀为了实现纸张快速㊁无损精确计数ꎬ设计了一种基于电容传感器的纸张计数仪ꎮ计数仪以ＳＴＭ３２Ｆ１０３单片机为控制器ꎬ利用两块铜片构成平行极板电容器ꎬ采用ＦＤＣ２２１４芯片对微小电容响应信号进行检测ꎮ经过已知数量的纸张对系统标定后ꎬ即可完成未知数量纸张的精确检测ꎮ实验结果表明ꎬ当被测纸张数量在(１~１２０)张时ꎬ该系统测量精度高ꎬ稳定性较好ꎬ具有一定的实用价值ꎬ当测量纸张数过大时ꎬ系统准确度变差ꎬ为纸张快速㊁无损检测提供一种新的方法和技术支撑ꎮ关键词:㊀纸张计数仪ꎻ铜片ꎻ电容传感器ꎻＳＴＭ３２单片机ꎻＦＤＣ２２１４ꎻ标定中图分类号:㊀ＴＰ９３４㊀㊀㊀㊀文献标识码:㊀Ａ０㊀引㊀言印刷业和包装业需要对大量纸张进行精确计数ꎬ快捷㊁精确的纸张计数方法可以大大提高工厂生产效率ꎮ目前工业生产中ꎬ普遍采用的计数方法是人工计数法和机械设备计数法ꎮ人工计数法主要有人工点数和电子磅称重ꎬ人工点数速度慢㊁效率低ꎬ电子磅称重误差大ꎻ机械设备计数采用机械结构自动翻页计数ꎬ典型应用如验钞机ꎬ提高了效率和准确性ꎬ但易造成纸面磨损㊁且设备体积庞大㊁计数过程中噪音较大ꎮ随着计算机等行业的发展ꎬ出现了基于图像处理或者机器视觉的纸张计数新方法ꎬ该方法采用非接触方式进行测量ꎬ测量精度较高ꎬ但技术难度大㊁成本较高ꎬ目前没有被大规模推广使用[１－３]ꎮ为了实现纸张快速㊁无损㊁精确计数ꎬ利用纸张厚度和电容之间的关系ꎬ设计了一种基于电容传感器的纸装计数装置ꎬ旨在为纸张快速㊁精确㊁无损计数提供一种新的方法ꎮ１㊀纸张计数仪设计１.１㊀系统总体结构与检测原理纸张计数仪总体结构如图１所示ꎬ主要包含亚克力支架㊁电容传感器㊁单片机㊁语音模块等ꎮ电容传感器下极板铜片固定在亚克力板上置于装纸盒内ꎬ上极板铜片固定在活动亚克力板上ꎬ活动亚克力板厚５ｍｍꎬ测量时用于压紧被测纸张ꎮ图１㊀纸张计数仪结构示意图系统模块结构如图２所示ꎬ主要包括单片机控制模块㊁电容传感器㊁电源模块㊁显示模块㊁数据存储模块等ꎮ测试时将已知张数ｎ(ｎ＝１ꎬ２ꎬ３ꎬ )的纸张ꎬ装入亚克力盒内ꎬ盖上上极板ꎬ使两块极板铜片构①收稿日期:２０２０－０３－２４基金项目:安徽省质量工程重大教学研究项目(２０１６ｊｙｘｍ１１２４)ꎻ安徽高校自然科学研究项目重点项目(ＫＪ２０１９Ａ０９７８)ꎻ芜湖职业技术学院校级自然科学重点项目(Ｗｚｙｚｒｚｄ２０１９０５)ꎮ作者简介:白彩波(１９８７－)ꎬ女ꎬ内蒙古乌兰察布人ꎬ讲师ꎬ硕士ꎬ研究方向:精密测量㊁自动控制ꎮ佳木斯大学学报(自然科学版)２０２０年成平行极板电容器ꎬ经ＦＤＣ２２１４电容传感器芯片检测后ꎬ利用Ｉ２Ｃ总线传输至ＳＴＭ３２Ｆ１０３单片机ꎬ进行数据分析和处理ꎬ并将获得的纸张标定数据存储在Ｗ２５Ｑ１２８存储模块ꎻ标定完成后ꎬ放入未知数量的纸张后ꎬ采集电容传感器数值ꎬ并与标定的数据作比较测量ꎬ从而得到准确的纸张数量ꎻ计数仪的信号显示和输入模块采用ＴＦＴ液晶触摸屏ꎬ用于计数仪功能选择和纸张数量显示ꎻＹＳ－ＳＹＮ６２８８合成语音模块用于纸张数量语音播报ꎬ相比文字交互方式更加方便快捷ꎮ图２㊀纸张计数仪模块结构图１.２㊀信号检测关键模块设计１.２.１㊀平行极板电容器设计纸张计数仪采用平行极板电容传感器ꎬ它由两块平行金属板组成ꎬ尺寸为５０ｍｍˑ５０ｍｍꎮ金属板采用导电性好㊁温度系数较小的紫铜ꎬ为减小边缘效应ꎬ铜板厚度仅为０.８ｍｍꎮ两个极板分别引出两条导线用于和电容传感模块连接ꎬ为避免共模干扰和分布电容的影响ꎬ平行极板采用差分方式接入ꎬ导线选用同轴屏蔽电缆[４ꎬ５]ꎮ当两极板间置于不同数量纸张时ꎬ极板间距离发生改变ꎬ构成变极距型电容传感器ꎮ如图３所示ꎬＡ为可动上极板ꎬＢ为固定下极板ꎬε０为真空介电常数ꎬεｒ为纸张的介电常数ꎮ当可动上极板因纸张数量变化而上下移动时ꎬ两极板之间的距离ｄ随即改变ꎬ从而使电容量Ｃ０发生变化[６]ꎮ设当两极板距离为ｄ时ꎬ则Ｃ０＝ε０εｒｓｄ(１)由式(１)可知ꎬ传感器输出的电容值Ｃ０与极板之间的距离ｄ有关ꎬ而纸张数量ｎ与极板距离呈正相关ꎬ由此通过测量极板间电容值Ｃ０ꎬ可间接得到纸张数量ｎꎮ图３㊀变极距式电容传感器原理图１.２.２㊀传感芯片的选型及检测原理分析与常见采用大量通用器件搭建测量前置电路检测微小电容相比ꎬ采用ＴＩ公式的ＦＤＣ２２１４芯片进行微小电容检测ꎬ大大的简化了电路ꎬ增强了检测的准确性ꎮＦＤＣ２２１４的转换速率可达１３.３ｋｓｐｓꎬ传感器激励频率范围为:１０ｋＨｚ到１０ＭＨｚꎬ分辨率高达２８位ꎬ而且在高速的状态能保持非常高的分辨率ꎬ完全可满足纸张计数装置对精度的要求ꎮＦＤＣ２２１４是基于ＲＬＣ并联谐振电路的原理检测电容ꎬ将电容Ｃ０接入作为振荡回路的一部分ꎬ如图４所示ꎮ与被测电容Ｃ０相并联的电感和电容元件ꎬ典型选择是１８μＨ和３３ｐＦꎬ当被测量变化使传感器电容Ｃ０改变时ꎬＦＤＣ２２１４内部振荡器产生的谐振频率(ｆＳＥＮＳＯＲｘ)也随之改变ꎬ如公式(２)所示ꎮｆＳＥＮＳＯＲｘ＝１２πＬ(Ｃ＋Ｃ０)(２)图４㊀电容传感器原理图ＦＤＣ２２１４电容传感器不直接输出谐振频率ꎬ而是输出一组２８位的数据ＤＡＴＡｘ用Ｄｘ表示ꎬ单片机通过Ｉ２Ｃ接口读取该数据ꎬ依据公式即可求出谐振频率ꎬ如公式(３)所示:Ｄｘ＝ｆＳＥＮＳＯＲｘˑ２２８ｆＲＥＦｘ(３)其中:ｆＲＥＦｘ为通道的参考频率ꎬ为固定值综上ꎬ即可建立极板间距离ｄ与传感器输出值Ｄｘ之间的理论关系如公式(４)所示:ｄ＝４π２Ｌε０εｒＳˑＤ２ｘｆ２ＲＥＦｘ２５６－４π２ｃˑＬˑＤ２ｘˑｆ２ＲｅＦｘ(４)则８４１第３期白彩波ꎬ等:基于电容传感器的纸张计数仪设计Ｄｘ＝Ａˑ１Ｃ＋ε０εｒｓｄ(５)其中ꎬＡ＝２５６４π２Ｌｆ２ＲＥＦｘ为大于１的已知数ꎮ故可知ꎬ极板间距离增大ꎬ传感器输出值也相应变大ꎬ当ｄ不断增大时ꎬ则Ｄｘ将趋于一个稳定值ꎮ１.３㊀算法设计在设计过程中为了得到稳定和准确的传感器响应值ꎬ系统采用中位值平均滤波法ꎮ测试时ꎬ利用单片机快速读取传感器响应值１００次ꎬ将测量数据按大小顺序排列ꎬ前后各去掉４０个数据ꎬ对中间２０个数据取平均值ꎬ作为该点传感器响应值ꎮ该方法可有效消除脉冲干扰所引起的采样值偏差[７]ꎮ１.４㊀软件设计系统软件采用Ｃ语言编程ꎬ软件主程序如图５所示ꎮ程序设计采用模块化设计ꎬ包含: 自校准 模式㊁ 测试 模式㊁ 设定参数 模式和 低功耗息屏 模式ꎬ通过触屏选择系统工作模式ꎮ 自校准 模式利用已知数量ｎ(ｎ＝１ꎬ２ꎬ３ )的纸张对系统进行标定ꎬ单片机采集传感器输出数据ꎬ并进行数据处理ꎬ标定ｎ张纸所对应的数据区间ꎬ存入数据存储模块ꎻ 测试 阶段ꎬ测试数据与已获得的标定区间进行匹配得到测量结果ꎬ显示并语音播报纸张数量ꎻ 设定参数 模式ꎬ主要功能为更改最大自校准纸张数ꎻ 低功耗息屏 模式ꎬ当计数仪暂时不使用时ꎬ系统进入息屏状态ꎬ降低功耗ꎮ此外ꎬ检测仪具有短路报警功能ꎬ当两极板短路时ꎬ通过蜂鸣器和ＬＥＤ灯闪烁进行报警处理ꎬ用于纸张计数仪自检ꎮ图５㊀软件系统流程图２㊀试验与结果分析纸张数量不同ꎬ平行板电容传感器的输出数据不同ꎮ利用被测电容传感器输出与标定的已知信号相比较确定被检纸张数量ꎮ试验前利用短路报警功能对计数仪进行自检ꎬ确认系统正常工作ꎮ２.１㊀传感器输出值与纸张数量关系研究已知传感器输出值与极板间距之间的关系如公式５所示ꎬ假设每张纸的厚度均一致为ｄ０ꎬ则ｎ张纸的总厚为ｄｎ＝ｎˑｄ０ꎬ如果将ｎ张纸放置在电容两极板之间ꎬ两极板的距离为ｄꎬ理想状态下ꎬ认为ｄｎ＝ｄꎻ但考虑纸张之间有空隙㊁上极板压力大小或不同操作者放置纸张等影响因素ꎬ纸张总厚度ｄｎ和极板间距离ｄ并不相等ꎬ无法直接给出两者数量关系ꎮ为了探讨纸张数量与电容传感器输出值之间的关系ꎬ将１~１００张标准Ａ４纸依次放入装纸盒ꎬ通过单片机ＴＦＴ液晶屏读出传感器响应值ꎮ实验可得ꎬ纸张数量和电容传感器输出值关系图如６所示ꎬ其中横坐标为纸张数量ꎬ纵坐标为电容传感器输出数据ꎮ由图６可看出ꎬ传感器输出数据随被测纸张数量增加而增加ꎬ当纸张数量接近１００张时ꎬ传感器响应值逐渐接近ꎬ传感器灵敏度下降ꎬ故对纸张数量的区分度也相应地有所降低ꎬ故可认为该台纸张计数仪的单次有效测量范围上限为１００张纸左右ꎮ纸张数量与电容传感器的响应值没有明确的函数关系ꎬ故无法运用拟合算法[８]ꎬ因两者在有效测量范围内ꎬ呈正相关ꎬ故采用区间标定法ꎬ对仪器进行标定后ꎬ再进行未知数量的纸张数量检测ꎮ２.２㊀仪器的标定将设备上电ꎬ确认正常工作后ꎬ由同一个人员ꎬ将３０页Ａ４纸ꎬ放入装纸盒内ꎬ在重复性条件下测量２００次ꎬ数据分析如图７所示ꎮ在试验中ꎬ响应值介于平均值中间区间的最多ꎬ频次为５０ꎬ测量数据集中落在中间区域块内ꎮ可知ꎬ该设备测量结果稳定性较好ꎬ主要是随机误差影响样本的数据分布情况[９]ꎮ纸张区间标定ꎬ在装纸盒内依次放入ｎ(ｎ＝１ꎬ２ꎬ３ １３０)张纸ꎬ系统记录经中位值平均滤波算法处理后得到的数值Ｄｎꎬ依据测量结果将ｎ(ｎ＝１ꎬ２ꎬ３ １３０)张纸的传感器响应值区间标定为ꎬ存入数据存储模块ꎮ２.３㊀纸张数检测计数仪标定之后ꎬ单片机选择测量模式即可进行纸张数量测试ꎮ在两极板之间放入未知数量的被测纸张ꎬ一键启动测量ꎬ无任何人工干预ꎬ得到测试结果如表１所示ꎮ９４１佳木斯大学学报(自然科学版)２０２０年表１㊀纸张数测试结果第一组实际放入纸张１１２３３４４５５７６６７８测量结果１１２３３４４５５７６６７８第二组实际放入纸张８３９２１０３１０７１１２１２２１２７测量结果８３９２１０３１０７１１２１２３１２６图６㊀纸张数量与电容传感器输出值的关系㊀㊀试验结果表明ꎬ研制的基于电容传感器的纸张计数仪ꎬ纸张测量数量在(１~１２０)张时ꎬ测量精度较高㊁无误差ꎬ当超过１２０张时误差在１％以内ꎻ检测响应时间均小于２ｓꎬ基本满足高精度快速测量的设计要求ꎮ３㊀结㊀语利用铜片及ＦＤＣ２２１４芯片构成电容传感器及检测电路ꎬ采用ＳＴＭ３２单片机作为数据检测与处理系统ꎬ设计了基于电容传感器的纸张计数仪ꎬ提出了一种简单快捷的纸张检测计数的新方法ꎮ试验表明:当被测纸张在(１~１２０)张时ꎬ该系统测量精度高ꎬ稳定性较好ꎻ当测量纸张数过大时ꎬ传感器分辨率降低ꎬ准确度变差ꎮ后续对该套装置的硬件和有效测量范围之间的关系以及先进算法应用上可做继续研究ꎬ从而通过硬件设计及软件优化进一步提升装置的有效测量范围和测量准确度ꎮ参考文献:[１]㊀栾小敏.基于图像处理的纸张计数系统的研究[Ｄ].深圳:深圳大学ꎬ２０１６.[２]㊀蒋进.基于图像识别的纸张计数系统研究[Ｄ].广州:广州工业大学ꎬ２０１５.[３]㊀刘金达.基于机器视觉的纸张计数方法研究[Ｄ].郑州:郑州大学ꎬ２０１９.[４]㊀牛智有ꎬ刘芳宏ꎬ刘鸣ꎬ等.平行极板电容传感器介电式颗粒饲料水分检测仪设计与试验[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１９ꎬ３５(１８):３６－４２.[５]㊀龚秋英ꎬ张燕.基于电容传感器的汽油辛烷值检测系统设计[Ｊ].仪表技术与传感器ꎬ２０１９ꎬ７０－７３.[６]㊀戈振扬ꎬ于英杰ꎬ张梦珠.基于电容式湿度传感器的植物粉料含水率测量[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１２ꎬ４３(６)ꎬ１７４－１７７.[７]㊀高松.车载油量传感器信号处理方法研究[Ｄ].西安:西安电子科技大学ꎬ２０１４.[８]㊀刘志壮ꎬ吕贵勇.基于电容法的稻谷含水率检测[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１３ꎬ４４(７):１７９－１８２.[９]㊀尹爱军ꎬ赵磊ꎬ吴宏钢.相关法动平衡校正中的３σ准则误差处理方法[Ｊ].重庆大学学报ꎬ２０１３ꎬ３６(１０)ꎬ２２－２６.ＤｅｓｉｇｎｏｆＰａｐｅｒＣｏｕｎｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＣａｐａｃｉｔａｎｃｅＳｅｎｓｏｒＢＡＩＣａｉ－ｂｏ１ꎬ㊀ＹＵＨｏｎｇ－ｙｉｎｇ１ꎬ㊀ＹＵＱｉａｎ２(１.ＷｕｈｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＷｕｈｕＡｎｈｕｉ２４１００６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＡｎｈｕｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＷｕｈｕＡｎｈｕｉ２４１０００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒａｐｉｄａｎｄｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｐｅｒｎｕｍｂｅｒꎬａｐａｐｅｒｃｏｕｎｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ.ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｅｄａＳＴＭ３２Ｆ１０３ＭＣＵａｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅꎬｔｗｏｃｏｐｐｅｒｓｈｅｅｔｓｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｐａｒａｌｌｅｌｐｌａｔｅｃａｐａｃｉｔｏｒꎬＦＤＣ２２１４ｃｈｉｐｗａｓｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｃｔｔｈｅｓｅｎｓｉｎｇｓｉｇｎａｌｏｆｍｉｃｒｏｃａｐａｃｉ￣ｔａｎｃｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓｃａｌｉｂｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｋｎｏｗｎｐａｐｅｒꎬｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｄｅｔｅｃｔｕｎｋｎｏｗｎｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｐｅｒ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｐｅｒｉｓ(１－１２０)ꎬｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｍｅａｓｕｒ￣ｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙꎬｂｅｔｔｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｇｏｏｄｐｒａｃｔｉｃａｌｖａｌｕｅꎬｗｈｉｌｅｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｐｅｒｉｓｔｏｏｌａｒｇｅꎬｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｙｓｔｅｍｂｅｃｏｍｅｓｗｏｒｓｅ.Ｔｈｉｓｓｔｕｄｙｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｒａｐｉｄａｎｄｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓ￣ｔｉｎｇｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｐａｐｅｒ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｐａｐｅｒｃｏｕｎｔｅｒꎻｃｏｐｐｅｒｓｈｅｅｔꎻｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｓｅｎｓｏｒꎻＳＴＭ３２ＭＣＵꎻＦＤＣ２２１４ꎻｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ０５１。
电容式测厚仪课程设计
电容式测厚仪课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电容式测厚仪的原理和工作方式，掌握其基本结构组成。
2. 使学生掌握电容式测厚仪在工业测量中的应用，了解其测量范围和精度。
3. 帮助学生掌握相关的物理知识，如电容量与距离的关系，以及影响电容式测厚仪测量准确度的因素。
技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识，对电容式测厚仪进行操作和维护。
2. 培养学生具备分析电容式测厚仪测量数据，解决实际问题的能力。
3. 提高学生的动手实践能力，学会使用电容式测厚仪进行实际物体的厚度测量。
情感态度价值观目标：1. 激发学生对物理学科的兴趣，培养其探究精神和创新意识。
2. 培养学生具备严谨的科学态度，遵循实验操作规程，尊重实验事实。
3. 增强学生的团队合作意识，使其在小组讨论和实验过程中，学会分享和交流。
课程性质：本课程为物理学科选修课程，以实验和实践为主，注重培养学生的动手操作能力和实际问题解决能力。
学生特点：学生为高中二年级学生，已具备一定的物理知识和实验技能，具有较强的学习兴趣和探究欲望。
教学要求：结合学生特点，课程目标分解为具体学习成果，以便进行教学设计和评估。
在教学过程中，注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，提高其分析问题和解决问题的能力。
二、教学内容1. 电容式测厚仪原理：讲解电容式测厚仪的工作原理，包括电容量的计算、电极间距与电容量之间的关系。
教材章节：《物理选修3-2》第四章第2节“电容器的电容”2. 电容式测厚仪结构：介绍电容式测厚仪的组成部分，如电极、振荡器、检测电路等。
教材章节：《物理选修3-2》第四章第3节“电容器的应用”3. 测量范围与精度：分析电容式测厚仪的测量范围、精度及影响测量准确度的因素。
教材章节：《物理选修3-2》第四章第4节“电容器的测量误差分析”4. 实际操作与维护：讲解电容式测厚仪的操作步骤、维护方法及注意事项。
教材章节：《物理选修3-2》第四章第5节“电容器的使用与维护”5. 应用案例分析：通过实际案例，分析电容式测厚仪在工业测量中的应用，提高学生解决实际问题的能力。
传感器测量厚度课程设计
传感器测量厚度课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解传感器的基本原理及其在测量中的应用。
2. 学生能掌握使用传感器测量物体厚度的具体方法。
3. 学生能掌握数据处理的基本技巧，并应用于传感器测量结果的分析。
技能目标：1. 学生能够正确操作传感器进行厚度测量实验。
2. 学生能够运用所学的数据处理方法，准确计算物体的厚度。
3. 学生能够通过实验分析，解决实际测量中可能遇到的问题。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对物理实验的热爱和探索精神，增强学习物理的兴趣。
2. 学生能够通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力。
3. 学生能够认识到传感器在现代科技中的重要作用，增强科技意识和社会责任感。
课程性质：本课程为物理学科实验课，结合传感器知识，培养学生动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：六年级学生对物理现象充满好奇，具备一定的物理知识和实验技能，但需进一步引导和培养实验操作能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，引导学生通过实验探索，激发学习兴趣，培养科学思维和实际问题解决能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 传感器原理介绍：讲解传感器的工作原理，以应变片传感器为例，阐述其测量厚度的基本原理。
相关教材章节：第五章“传感器”第1节“传感器概述”。
2. 实验器材与操作：介绍实验所需传感器、数据采集器等器材，并演示正确操作方法。
相关教材章节：第五章“传感器”第2节“传感器的使用与维护”。
3. 数据处理方法：教授数据采集、处理和误差分析的基本方法，指导学生如何准确计算物体厚度。
相关教材章节：第七章“数据采集与处理”第1节“数据采集”和第2节“数据处理”。
4. 实验步骤与注意事项：明确实验步骤，强调实验过程中的安全注意事项，确保实验顺利进行。
相关教材章节：第五章“传感器”第3节“传感器实验”。
5. 小组合作实验：分组进行传感器测量厚度实验，让学生在实践中掌握所学知识，提高实际操作能力。
电容测量课程设计报告
电容测量课程设计报告一、教学目标本节课的教学目标是让学生掌握电容的测量方法，理解电容的性质和作用，能够运用电容的知识解决实际问题。
具体来说，知识目标包括：了解电容的定义、单位、公式；掌握电容的测量方法，能够正确使用电容器和电容测量仪进行测量。
技能目标包括：能够独立进行电容测量实验，熟练操作电容器和电容测量仪；能够分析实验数据，得出合理的结论。
情感态度价值观目标包括：培养学生对科学的兴趣和好奇心，培养学生的实验操作能力和团队合作精神。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括电容的定义、性质和测量方法。
首先，介绍电容的定义和单位，让学生理解电容的概念。
然后，讲解电容的性质，包括电容的公式、电容的充放电过程等，让学生了解电容的特性。
最后，介绍电容的测量方法，包括使用电容器和电容测量仪进行测量，让学生掌握电容的测量技巧。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法。
首先，采用讲授法，讲解电容的定义、性质和测量方法，让学生掌握基本知识。
然后，采用实验法，让学生亲自动手进行电容测量实验，培养学生的实验操作能力和观察能力。
最后，采用讨论法，让学生分组讨论实验结果，培养学生的团队合作精神和分析问题的能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，本节课将准备以下教学资源。
首先，教材和相关参考书，用于为学生提供理论知识的学习材料。
其次，多媒体资料，包括图片、视频等，用于为学生提供直观的视觉感受，帮助学生更好地理解电容的概念和性质。
最后，实验设备，包括电容器、电容测量仪等，用于为学生提供实践操作的机会，培养学生的实验能力和观察能力。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面客观地评价学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业和考试。
平时表现主要评估学生在课堂上的参与度、提问和回答问题的积极性等。
作业主要评估学生的理解和应用能力，要求学生完成相关的练习题和实验报告。
考试则评估学生的综合运用能力，通过选择题、填空题、计算题和实验操作题等形式，全面检验学生对电容测量知识的理解和掌握程度。
电容传感器课程设计
电容传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解电容传感器的定义、工作原理及其在自动控制技术中的应用。
2. 掌握电容传感器的电路构成、功能特点，能够解释不同类型的电容传感器的工作方式及其适用场合。
3. 了解电容传感器的技术参数，能够进行简单的性能评估。
技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识，设计简单的电容传感器电路，进行数据的采集和处理。
2. 能够通过实验操作，分析电容传感器的响应特性，并解决实际应用中的一般问题。
3. 提高学生利用现代工具和技术文档进行信息检索、方案设计的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对传感器技术学习的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 增强学生的团队合作意识，通过小组合作完成项目任务，培养协同解决问题的能力。
3. 强化学生的工程伦理观念，认识到科学技术在社会发展中的作用和责任，培养环保和可持续发展意识。
本课程设计针对高中年级学生，结合物理学科的教学实际，以电容传感器为主题，旨在通过理论与实践相结合的教学方法，使学生在掌握电容传感器基本知识的同时，提高实践操作技能，并在情感态度上得到正面引导。
课程目标具体、明确，便于学生和教师在教学过程中进行有效评估。
二、教学内容1. 电容传感器基础知识- 传感器定义、分类及原理- 电容传感器的工作原理及其数学模型- 电容传感器的电路组成及其功能2. 电容传感器的类型与特性- 不同类型电容传感器（如变面积、变介电常数、变距离等）的构造与特点- 电容传感器的技术参数（如灵敏度、分辨率、线性度等）分析- 电容传感器的应用场合及其优势3. 电容传感器的应用实例- 实际案例介绍，如触摸屏、物位检测、湿度检测等- 电容传感器在自动控制、物联网等领域的应用4. 电容传感器实验操作- 设计简单的电容传感器电路，进行数据采集与处理- 分析电容传感器的响应特性，探讨影响测量精度的因素- 实验报告撰写与成果分享5. 教学内容进度安排- 第一课时：电容传感器基础知识学习- 第二课时：电容传感器类型与特性分析- 第三课时：电容传感器应用实例探讨- 第四课时：实验操作与成果交流教学内容基于课程目标，结合课本相关章节，确保科学性和系统性。
基于电容传感器的纸张计数器设计
0 引言传统的纸张测量大都是在一沓纸中测量出厚度，数出纸张数，用厚度除以纸张数，最终得出一张纸的厚度。
所以要想知道纸张数目，需要测量出未知纸张的厚度以及之前算得的一张纸的厚度，这一过程耗时耗力，并且准确性不高。
随着现代科学技术的不断发展，电容式传感器在生产中具有广阔的应用。
电容式传感器具有稳定性好、分辨率高、可以非直接接触测量、结构简单、灵敏度高等优点，在厚度、压力、位移、加速度、液位等测量环境中应用广泛。
本文介绍的一种基于电容式传感器FDC2214的纸张计数显示装置，旨在对纸张数量识别提供一种更加准确、快速且低成本的方案。
1 系统构成本设计的系统框图如图1所示。
图1 纸张计数器系统框图该系统主要由数据采集与电容传感、数据处理单元和计数结果输出单元三大部分构成。
2 硬件设计本系统以STM32F407单片机作为核心控制器[1]，FDC2214作为检测芯片来处理两极板之间的容值。
得到的数据经过滤波精确识别极板间的纸张数，并通过TFT-LCD 液晶显示屏、蜂鸣器和语音播报进行人机交互。
图2 纸张计数显示装置实物图2.1 控制部分STM32F407单片机基于高性能32位RISC 内核，拥有168MHz 主频、1M FLASH、64K RAM、18路12位ADC 等外设，尤其适用于浮点运算及DSP 处理的应用。
其运算速度快，且可以很好地驱动LCD，做到友好的人机交互。
2.2 检测部分电容检测作为系统中最重要的部分，其要求精度高，检reduce the effects of noise. The system compares the sampled value with the pre-stored data to obtain the paper counting value, and output the counting result to liquid crystal display and voice broadcast.Keywords: capacitive sensor; median average filtering; voice broadcast;响。
电容测厚度课程设计
电容测厚度课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电容的基本概念，掌握电容器的构造和工作原理；2. 学会运用电容测量方法，通过实验探究，掌握利用电容测厚度的基本技能；3. 了解电容测厚度在实际应用中的重要性，如工业检测、科学研究等领域。
技能目标：1. 能够正确使用电容测量工具，进行简单的厚度测量实验；2. 能够通过观察、记录和分析实验数据，解决实际问题；3. 能够运用所学的知识，设计简单的电容测厚度实验方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物理现象的好奇心，激发学习兴趣，提高探索精神；2. 培养学生具备良好的团队合作意识，学会倾听、交流、协作；3. 增强学生对科学技术的认识，培养创新意识，提高社会责任感。
课程性质：本课程为物理学科实验课程，结合理论知识，强调实践操作。
学生特点：初三学生，具备一定的物理知识基础，对实验操作充满好奇，具有一定的动手能力。
教学要求：注重理论与实践相结合，充分调动学生的主观能动性，培养学生的实验操作技能和问题解决能力。
通过本课程的学习，使学生能够将所学知识应用于实际生活中，提高综合素养。
二、教学内容1. 电容基本概念回顾：电容的定义、单位、电容器的构造及其工作原理；2. 电容测量原理：介绍电容测量仪器的使用方法，阐述利用电容测量厚度的基本原理；3. 实验操作步骤：详细讲解电容测厚度实验的操作步骤，包括实验器材的准备、实验注意事项等；4. 数据处理与分析：教授学生如何观察、记录实验数据，运用科学方法对数据进行分析，得出结论；5. 实际应用探讨：结合实际案例，介绍电容测厚度在工业、科研等领域的应用，激发学生兴趣。
教学内容安排与进度：第一课时：回顾电容基本概念，学习电容测量原理；第二课时：实验操作步骤讲解，分组进行实验操作；第三课时：数据处理与分析，小组讨论实验结果；第四课时：实际应用探讨，总结课程内容。
教材章节及内容：1. 《物理》教材第三章第5节：电容器的构造与工作原理；2. 《物理实验》教材第15章：电容测量实验；3. 相关教学辅导资料：电容测厚度的实际应用案例。
测量纸钞的厚度实验报告
实验题目∶纸钞厚度测量
实验目的∶
1、学习掌握电容传感器的原理及应用。
2、进一步的培养学生动手操作能力和掌握应用电容传感器
来解决实际问题的能力。
实验器材:
电容传感器，示波器，微动测量台架，电容测微仪，计算机实验过程:
1、首先将电容传感器安装到微动测量仪上，讲起下
降到距离下工作台面大约1cm处，依据示波器和电容测微仪上数据变化，确定初始位置。
(先将电容测微仪的旋钮扭之最右端，在调节微动测量台架，使数值显示7500，在调节旋钮至5000左右)
2、测量没有纸钞时的数据，再一次添加纸钞的数目，并记下相应的数值。
实际纸钞厚度测量: 10 x d = 0.87 mm 即d=0.087mm。
经七较，考虑到误差，两只相差不大可以接受。
实验小结:
1、电容式传感器的安装要严格按照说明书进行。
2、测量初始值的调整要小心，防止失真测量。
3、电容传感器可以用到一定厚度介质的测量，精度较高。
电容传感器测量纸张厚度..-(37987)
摘要本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。
传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。
电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
根据δεεSr o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。
根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。
电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。
电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。
关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真目录第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3)1.1厚度测量装置在工业环境下的意义 (3)1.2 厚度测量装置的研究现状 (3)1.3 简述设计的整体思路 (4)第二章电容测厚装置的介绍 (6)2.1 详细介绍电容测厚装置 (6)2.2设计匹配电路 (8)第三章仿真设计及分析 (9)3.1 仿真电路的建立 (9)3.2 仿真结果的分析 (13)第四章对课程设计进行试验 (15)4.1 实验过程 (15)4.2 分析仿真与试验结果的差异 (15)第五章设计体会 (16)第一章对布料厚度测量装置所做的调研1.1厚度测量装置在工业环境下的意义在现代高科技社会中，发展一些厚度测量装置具有非常重大的意义，厚度测量装置的使用将会大大的减少人力的投入，更加方便快捷的得到高精度，高质量的产品，此次我们研究得课题是布料厚度的测量，我们很容易联想到我们身边的各种丝质，棉质等布匹，但是如何在生产时得到等厚度的布料呢。
基于电容传感器厚度测量系统设计
摘要 ： 为 了能在 各种 环 境 中 实时检 测材 料 的厚
度信 息 ， 设 计 了 一 种 厚 度 测 量 系 统 。 以 变 介 电 常 数 电容 传 感 器 、 ５ ５ ５定 时 器 、 处 理 器 ＡＴ８ ９ Ｓ ５ １及 液 晶 Ｌ Ｃ Ｄ１ ６ ０ ２构 成 硬 件 电路 ， 采 用 Ｃ 语 言 进 行 软 件 编
文 章编 号 ： １ ０ ０ ｌ一 ２ ２ ５ ７ （ ２ Ｏ １ ３ ） Ｏ ４— ０ ０ ４ ４— ０ ３
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｔ ｔ ｈｅ ｔ ｈｉ ｃ ｋｎ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎｆ ｏ ｒ — ｍａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕｓ ｅ ｎｖ ｉ ｒ ｏｎ ｍｅ ｎｔ ｓ ｉ ｎ
ＬＡＮ ＹＩ １
（ Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｘｉ ａ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ ７ １ ２ ０ ０ ０， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
ｔ ｉ ｍｅ ， ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｓ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ ｎ ｅ ｓ ｓ ｍｅ ａ ｓ —
ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ．Ｉ ｔ’Ｓ ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｕ ｓ ｅ ｓ ｔ ｈｅ
ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ
纸张厚度检测传感器的原理
纸张厚度检测传感器的原理一、引言纸张厚度检测传感器是一种用于测量纸张或类似材料厚度的传感器。
在纸张生产、印刷、包装等行业中，准确测量纸张厚度是非常重要的，而纸张厚度检测传感器就能够满足这一需求。
二、工作原理纸张厚度检测传感器的工作原理基于电容变化的测量。
当纸张通过传感器时，纸张与传感器之间形成了一个电容。
电容的大小与纸张的厚度成正比，因此通过测量电容的变化，就可以间接地测量纸张的厚度。
纸张厚度检测传感器通常由两个电极组成，一个是发送电极，另一个是接收电极。
发送电极会向纸张表面施加一个电场，而接收电极则用于测量电场的变化。
当纸张越厚，电场的变化越大，反之亦然。
三、应用1.纸张生产：纸张厚度检测传感器可以用于纸张生产线上，实时监测纸张的厚度，确保纸张的质量符合要求。
2.印刷行业：在印刷过程中，纸张的厚度影响着印刷质量，纸张厚度检测传感器可以帮助调整印刷设备，保证印刷效果的一致性。
3.包装行业：在包装过程中，纸箱的厚度直接关系到包装的牢固性和保护性能，纸张厚度检测传感器可以帮助实时监测纸箱的厚度，确保包装质量。
4.纸张质检：纸张厚度检测传感器可以用于纸张的质检过程中，及时发现纸张的厚度不合格问题，避免次品的产生。
四、优势1.准确度高：纸张厚度检测传感器采用电容变化原理，测量结果准确可靠。
2.实时性强：传感器能够实时监测纸张的厚度变化，及时发现异常情况。
3.易于集成：纸张厚度检测传感器体积小巧，结构简单，便于集成到各种纸张生产设备中。
4.成本低：传感器制作工艺简单，成本相对较低。
五、发展前景随着纸张行业的发展，对纸张质量的要求越来越高，纸张厚度检测传感器作为纸张质量控制的重要工具，具有广阔的市场前景。
随着技术的不断进步，纸张厚度检测传感器也将变得更加精准、可靠和智能化。
六、总结纸张厚度检测传感器是一种基于电容变化原理的传感器，可以用于测量纸张或类似材料的厚度。
它在纸张生产、印刷、包装等行业中具有重要的应用价值，通过实时监测纸张厚度，可以保证产品质量的一致性。
电容式测厚传感器设计
二、国内外有关本选题研究的动态与现状前景展望板厚控制技术及其理论的发展经历了由粗到细、由低到高的发展过程。
上世纪三十年代以前，板带轧机厚度控制一直属于人工操作阶段，这一阶段的轧机装机水平很低，厚度控制是以手动压下或简单的电动压下移动锟缝为主。
自三十年代以来，到六十年代进入常规自动调整阶段，该阶段中轧制理论的发展和完善为板带的轧机厚度控制奠定了基础。
第三阶段是六十年代到八十年代的计算机控制阶段。
这一阶段主要形成了计算机控制ACG系统，它能最大限度的消除系统不利影响，在各部分独立工作的同时，充分发挥综合优势，使系统更加完善。
第四阶段是八十年代到现在，板厚控制技术向着大型化，高速化，连续化的方向发展。
这一阶段已将板厚控制技术的全部过程溶于计算机网络控制的过程自动化级和基础自动化级。
两方面的不断追求合在一起，开发出高精度、无人操作的厚度自动控制系统。
三、主要设计思路设计方案1如图所示电容测厚仪电路1、传感器结构】(1)、传感器上下两个极板与金属板上下表面间构成电容传感器，如下图所示(2)、原理当两个极板间没有放入被测物体是，两个极板间电容量为（1）而当两个极板间放入被测物体后，电容量发生变化，如上图所示，电容分C1和C2、C3, 总电容量为（2）》式中，S为极板覆盖面积；d为两极板间距离；d1为被测物体上侧到上极板间距离；d2为被测物体厚度；d3为被测物体下侧到下极板间距离；E1为被测物体上侧到上极板间的介电常数；E2为被测物体的介电常数；E3为被测物体下侧到下极板间的介电常数；:由于，d1+d3=d-d2,且当E1=E3时，式（2）还可以写为（3）因此，在极板面积S，极板间距离d,介电常数E1、E2、E3确定时，电容量的大小就和被测物体的厚度有关。
2、电桥式电路将电容传感器接入交流电桥作为电桥的一个臂(另一臂为固定电容)或两个相邻臂，另两个臂可以是电阻或电容或电感，也可以是变压器的两个二次线圈。
其中另两个臂是紧耦合，电感臂的电桥具有较高的灵敏度和稳定性。
课程设计电容传感器测纸张厚度
目录摘要--------------------------------------2一、设计要求------------------------------3二、EWB软件的使用-------------------------3三、相关器件介绍及灵敏度------------------3四、电容式传感器的工作原理及结构形式 -----5五、电路原理分析--------------------------6六、测量结果-----------------------------11七、个人工作-----------------------------11八、课程设计心得-------------------------11摘要传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。
传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。
电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
根据δεεSr o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。
根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。
电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。
电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
纸张厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测纸张的厚度。
光电综合课程设计报告--测量纸张厚度
光电综合课程设计报告测量纸张测厚仪的设计姓名（学号）：陈嘉伟（200730570201）刘信生（200730570217）黎澄伦（200730570212）沈其治（200730570224）叶伟雄（200730570227）班级：2007级电子科学与技术（2）班指导老师：罗霞谢家兴赵懿琨张宇日期：2010.12.27～2010.12.31华南农业大学工程学院摘要国内外测量纸张厚度(或定量)的仪器有接触式和非接触两类，由于接触式纸张测厚仪会损坏纸张，因此现在工业生产中常用非接触式测厚仪来测量产品的厚度（如钢板、钢带、纸张等）。
这类仪表中有利用α射线、β射线、γ射线穿透特性的放射性厚度计；有利用超声波频率变化的超声波厚度计；有利用涡流原理的电涡流厚度计；还有电容式厚度计等。
纸张定量是衡量纸张质量的主要指标之一。
纸的密度一定时，用其厚度或定量来衡量纸张质量指标是等效的。
有些纸张(如电话电缆纸), 生产上要求直接检测其厚度.在线测量纸张厚度是保证纸张质量和实现造纸生产过程自动控制必须解决的重要课题。
自1 800年F．W．Hcr~ctwl发现红外辐射以来，红外技术己在许多领域内得到广泛应用，但在测量纸张厚度方面的应用国内外尚未见报道，说明在这方面的应用尚有一些理论与技术实践问题需要进行探索研究。
本文采用了红外纸张测厚仪，主要论述了红外纸张测厚仪的理论及个部件的设计，我们以实验报告纸为对象研制的红外纸厚传感器，配有放大，采样及模数转换等环节的信号处理单元，应用了AVR系列单片机的运算及控制功能，组成一台智能型的红外纸张测厚仪。
与射线定量仪比较，具有价格低，相应速度快，较好的稳定性，切避免了由于存放在放射性物质所引起的问题，最后对该研究结果及进一步的工作提出了看法。
关键词：光电纸张测厚目录1 前言 (1)1.1 研究目的和意义 (1)1.2 研究内容 (1)2 设计原理 (1)2.1 设计原理 (1)2.2 探测器原理与设计 (2)2.3 电路处理原理与设计 (2)2.3.1 总原理框图 (2)2.3.2 探测电路模块 (3)2.3.3 单片机处理与AD转换模块 (3)3 方案比较 (3)3.1 方案一——传统接触式测厚仪 (3)3.1.1 设计原理 (3)3.1.2 方案分析 (4)3.2 方案二——射式光强位移传感器测量纸张厚度 (4)3.2.1 设计原理 (4)3.2.2 方案分析 (5)3.3 方案三——光电纸张测厚仪 (5)4 实物制作 (5)4.1 电路元器件 (5)4.2 元器件介绍 (2)4.2.1 芯片avrmega16l (2)4.2.2 集成运放lm358t (2)4.2.3 字符型液晶显示屏LCM1602 (2)4.2.4 探测器--光电二极管 (2)4.3 设计实物图 (3)5 数据测试和分析 (3)5.1 数据测试 (3)5.2 数据分析 (1)6 误差分析 (1)7 结论 (2)附录 (3)前言1.1研究目的和意义在加深对光电传感器与单片机的认识，更进一步地掌握光电检测技术。
测厚度传感器课程设计
测厚度传感器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解厚度传感器的基本原理，掌握其工作方式和应用范围。
2. 学生能够描述厚度传感器的结构组成，了解不同类型的传感器特点。
3. 学生能够掌握测量厚度的基本单位，并运用相关公式进行计算。
技能目标：1. 学生能够正确操作厚度传感器进行厚度测量，并准确读取数据。
2. 学生能够运用实验方法分析厚度测量数据，解决实际问题。
3. 学生能够通过小组合作，设计简单的厚度测量实验，提升动手操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对科学实验的浓厚兴趣，形成主动探究的科学精神。
2. 学生能够认识到测量技术在现实生活中的重要性，增强技术应用的意识。
3. 学生能够在实验过程中，学会与他人合作、交流，培养团队协作精神。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，通过理论讲解与实践操作相结合的方式，帮助学生掌握厚度传感器的相关知识。
学生特点：学生处于初中阶段，具有一定的物理知识基础，对实验操作充满好奇，但需要引导和培养实验操作能力。
教学要求：教师需关注学生的个体差异，因材施教，通过启发式教学引导学生主动参与实验，提高学生的实践能力和科学素养。
同时，注重培养学生的团队合作精神和情感态度价值观。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便进行教学设计和评估。
二、教学内容1. 厚度传感器原理- 介绍传感器的基本概念、工作原理和分类。
- 详细讲解厚度传感器的工作机制，包括接触式和非接触式传感器的原理。
2. 厚度传感器结构- 分析厚度传感器的结构组成，包括传感器主体、敏感元件、信号处理单元等。
- 对比不同类型的厚度传感器，如电感式、电容式、超声波式等。
3. 测量技术与单位- 介绍厚度测量的基本单位，如米、毫米等。
- 讲解厚度测量中常用的公式和计算方法。
4. 实践操作- 安排实验室实践活动，指导学生正确使用厚度传感器进行测量。
- 设计实验任务，让学生通过小组合作完成实际厚度的测量和数据分析。
电容式测厚仪课程设计
电容式测厚仪课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解电容式测厚仪的工作原理、结构及应用，掌握电容式测厚仪的基本操作技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）掌握电容式测厚仪的基本原理；（2）了解电容式测厚仪的结构及主要部件；（3）熟悉电容式测厚仪的应用领域；（4）了解电容式测厚仪的维护保养方法。
2.技能目标：（1）能够正确操作电容式测厚仪进行测量；（2）能够分析测量数据，判断测量结果的准确性；（3）能够根据实际需要调整电容式测厚仪的参数。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对科学技术的兴趣和好奇心；（2）培养学生严谨的科学态度和团队协作精神；（3）培养学生节能环保、安全第一的意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.电容式测厚仪的基本原理；2.电容式测厚仪的结构及主要部件；3.电容式测厚仪的应用领域；4.电容式测厚仪的操作方法及注意事项；5.电容式测厚仪的维护保养方法。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：讲解电容式测厚仪的基本原理、结构和应用；2.讨论法：引导学生针对实际问题进行探讨，培养解决问题的能力；3.案例分析法：分析具体案例，使学生更好地理解电容式测厚仪的应用；4.实验法：让学生动手操作电容式测厚仪，提高实际操作能力。
四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：电容式测厚仪相关教材；2.参考书：电容式测厚仪的使用与维护手册；3.多媒体资料：电容式测厚仪的工作原理和操作视频；4.实验设备：电容式测厚仪及相应的实验器材。
五、教学评估为了全面、客观地评估学生的学习成果，本课程将采用以下评估方式：1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等情况，评估学生的学习态度和理解程度；2.作业：布置与课程内容相关的作业，要求学生在规定时间内完成，评估学生的掌握情况；3.实验报告：评估学生在实验过程中的操作技能和分析问题的能力；4.考试成绩：通过期末考试，评估学生对课程知识的掌握程度。
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目录
摘要--------------------------------------2
一、设计要求------------------------------3
二、EWB软件的使用-------------------------3
三、相关器件介绍及灵敏度------------------3
四、电容式传感器的工作原理及结构形式 -----5
五、电路原理分析--------------------------6
六、测量结果-----------------------------11
七、个人工作-----------------------------11
八、课程设计心得-------------------------11
摘要
传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。
传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。
电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。
根据
可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。
根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。
电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。
电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。
电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。
纸张厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测纸张的厚度。
关键字：电容传感器敏感元件高阻抗纸张厚度测量
一、设计要求
利用变介电常数电容传感器为基本的控制核心，实现简单的纸张厚度的测量的功能。
二、EWB软件的使用
Electronics Work bench(简称EWB)，中文又称电子工程师仿真工作室。
使用步骤：
●放置器件，并调整其位置和方向
●设置器件属性
●连接电路
●观察实验现象，保存电路及仿真结果
三、相关器件介绍
所需元件清单：1）信号发生器（5V交流电源，频率100HZ）
2）仪用放大器AD620一个
3）1.5PF电容一个
4）自制0.9PF电容一个
5）电压表一个0-10V
6）开关一个
7）A4纸若干张
信号发生器：信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号，常用作测试的信号源或激励源的设备。
利用信号发生器可以后的测量电路所需要的100HZ、5V 的电压。
运算放大器：可以对电信号进行运算，一般具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的放大器。
利用放大器可以对电信号进行放大。
自制电容参数:
极板面积9，极板间距近似a=8.85mm，网上查询资料得纸张的相对介电常数
=2~4，本说明中取居中=3，纸张厚度 d=0.075mm，自制电容如下图所示。
灵敏度：传感器的灵敏度是指传感器输出的变化量与引起该变化量的输入的变化量之比即为其静态灵敏度，灵敏度表达式
对于线性传感器，其灵敏度为常数，也就是传感器特性曲线的斜率。
对于非线性传感器，灵敏度是变量，其表达式为
一般要求传感器的灵敏度较高并在满量程内是常数为佳，这就要求传感器的输出输入特性为直线（线性）。
自制电容的相对变化量：
式中：，为灵敏度因子和非显性因子。
四、电容式传感器的工作原理及结构形式
电容式传感器是以各种类型的电容器作为传感元件，通过电容传感元件，将被测物理量的变化转换为物理量的变化。
因此电容式传感器的基本工作原理可以用图1-1所示的平板电容器来说明。
当忽略边缘效应时，平板电容器的电容为
（1-1）
式中：S——极板面积；
——极板间距离；
——真空介电常数，=8.85；
——相对介电常数；
——电容极板间介质的介电常数。
当极板面积S、极板间间距保持不变，而插入相对介电常数为的介质，此时构成的
电容传感器为变介电常数电容传感器，保持介电常数不变而改变介质的厚度，如下图所示。
（1-2）
式中:S——测量电容的极板面积；
a——测量电容的极板间距离；
d——插入电容的测量纸张的厚度；
——真空介电常数，=8.85；
——纸张的相对介电常数；
五、电路原理分析
电路原理图
根据放大器原理可以得出即
即输出电压与纸张的厚度成线性比例关
系。
因为输入电压为交流电源，输出电压为交流电压的有效值，则根据以上公式带入测量参数得
当电容极板间没有放入纸张时，可以得到电容
此时电压表输出电压为
如图
当极板间放入一张纸时，此时的电容为
输出电压为
如图
相对于没有放纸时的电压变化
当极板间放入2张纸时，电容大小变为
此时的输出电压为如图相对于放一张纸时的电压变化
若放入电容极板间的纸张的数目未知，设为N张则电路的输出电压为
此时相对没有放入纸张时的变化电压为
所以插入A4纸的张数为
因为电压表显示的是电路的有效电压值，所以输出电压是稳定的，在此绘制输出电压与插入纸张的线性特性曲线图。
由于输出电压与纸张的厚度成线性比例关系，所以其灵敏度为常数，也就是输出电压的特性曲线的斜率，即
灵敏度为
误差分析：由于没有进行实际电路操作，故没有办法进行误差分析。
消除误差的方法有1、消除和减少边缘效应（设计带保护环的电容传感器）；
2、提高设计结构的绝缘性能；
3、消除和减少寄生电容的影响
①增加传感器的原始电容值；
②集成化；
③运算放大器法；
④采用“驱动电缆”技术。
六、测量结果
根据上述先行表达式，绘制下列一一对应表格
七、个人工作
本次课程设计，前两天我一边查询有关关于课题方面的资料，一边学习EWB软件的使用，之后我用EWB软件仿真模拟了调频测量电路、交流电桥测量电路、运算放大器式测量电路二极管双T型交流电桥，由于我个人能力有限，在调试测量电路时，发现输出的电压有很大区别，综合各方面的考虑，最终选择了简单方便的运算放大器测量电路。
确定好电路之后，我开始对电路参数进行调试，并运用课本知识计算自制电容大小，什么样的、多大的电容合适。
做好电容之后，开始分析电路，得出处理方法和结果，最后撰写课程设计说明书。
八、课程设计心得
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，经过两周的课程设计，锻炼了我运用课本基础理论基础与解决实际问题相结合的能力，锻炼了我的动手操作能力，使我对课本的基础知识有了更深一步的了解，也使我熟悉了EWB软件和mathtype软件的使用，使我以后可以利用此软件模拟课本自己不懂的电路，为以后的学习打下了基础。