基于电感传感器的微位移测量系统设计

绪论 ....................................................................................................... 2

第一章 基于电感传感器的微位移测量系统概述 ........................... 2

第二章 设计思路 ............................................................................... 3

第三章 使用模块及相应硬件概述 ................................................... 4

3.1 电感传感器 ............................................................................ 4

3.2 正弦激励电路 ........................................................................ 6

3.3相敏检波电路设计 ................................................................. 7

3.4 程控放大电路 ........................................................................ 8

3.5 A/D转换电路模块 ................................................................. 9

3.6 单片机模块 .......................................................................... 15

3.7 LCD显示模块 ....................................................................... 18

3.8 无线传输模块 ....................................................................... 20

第四章 心得体会 ............................................................................. 31

参考文献............................................................................................. 32

绪论

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分析及相应设计。

第一章 基于电感传感器的微位移测量系统概述 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。此设计采用差动变压器的激励电源电路和相敏检波电

路等，以达到测量微小位移的目的。

设计要求：

测量范围0.1~0.5mm；

综合测量误差小于1%；

测量结果LCD实时显示；

配备无线数传功能；

第二章 设计思路

该系统主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大器、相敏检

波器、A/D转换、LCD显示及单片机系统。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由线圈和电位器组成 的电感桥路上。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，电桥平衡。当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈

的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下

线圈的电感量则增加。交流阻抗相应地变化，电桥失去平衡从而输出

了一个幅值与位移成正 比，频率与振荡器频率相同，相位与位移方

向相对应的调制信号。此信号由相 敏检波器鉴出极性，得到一个与

衔铁位移相对应的直流电压信号，经放大和 A/D 转换后输入到单片

机，经过数据处理进行显示。

第三章 使用模块及相应硬件概述

3.1 电感传感器

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。

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。

电感式传感器有非常广泛的用途。例如：可测量弯曲和偏移；可

测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对

中心率或偏心率。

将被测量的非电量转换为互感变化量的传感器称为互感式传感

器。这种互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕

组都用差动形式连接，故有被称为差动变压器式传感器，简称差动变

压器，在这种传感器中，一般将被测量的变化转换为变压器的互感变

化，变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电动势。差

动变压器结构有变隙式、变面积式和螺线管式。 电感传感器具有以下优点：结构简单可靠、输出功率大，抗干扰能

力强，对工作环境要求不高，分辨力较高（如在测量长度是一般可达0.1

μm），示值误差一般为示值范围的0.1%-0.5%，未定性好。但它的缺点

是频率响应低，不宜用于快速动态测量。一般来说，电感传感器的分辨

力和示值误差与示值范围有关。示值范围大时，分辨力和示值精度将相

应的降低。

电涡流式传感器是利用电涡流效应将位移等非电被测参量转换为

线圈的电感或阻抗变化的变磁阻式传感器。这种传感器的优点是结构

简单、频率响应宽、灵敏度高、测量线性范围大、抗干扰能力强、体

积小等。电涡流传感器的敏感元件是线圈，当给线圈通以交变电

流并使它接近金属导体时，线圈产生的磁场就会被导体电涡流产

生的磁场部分抵消，使线圈的电感量、阻抗和品质因数发生变化。

这种变化与导体的几何尺寸、导电率、导磁率有关，也与线圈的

几何参量、电流的频率和线圈到被测导体间的距离有关。如果使

上述参量中的某一个变动，其余皆不变，就可制成各种用途的传

感器，能对表面为金属导体的物体进 …… 此处隐藏：6902字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……