位移电涡流传感器测量电路设计 ).docx

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1、成果评定：传感器技术课程设计题目位移电涡流传感器测量电路设计摘要电涡流传感器由于具有对介质不敏感、非接触的特点,广泛应用于对金属的位移检测中。为扩大电涡流传感器的测量范围，采纳恒频调幅式测量电路，引用指数运算电路作为非线性补偿环节。利用Mat1.ab计算软件协助设计了直径为6011un电涡流传感器探头，并结合测量电路进行试验。试验结果表明最大测量范围接近9011un,验证了该系统工作的稳定性，证明设计达到了预期效果。关键词：电涡流传感器；测量电路;大位移；线性化一、设计目的1二、设计任务与要求11. 1设计任务12. 2设计要求1三、设计步骤及原理分析13.1设计方法13. 2设计步骤23.

2、3设计原理分析6四、课程设计小结与体会6五、参考文献6一、设计目的1. J解电涡潦传感器测量位移的工作原理和特性。2. 了解电涡潦传感器的前景及用途二、设计任务与要求2.1 设计任务扩大电涡流传感器的测员范闱,采纳恒频调幅式测量电路，引用指数运算电路作为非线性补偿环节。验证r该系统工作的稳定性,证明设计达到r预期效果.2. 2设计要求1 .工作在常温、常压、稳态、环境良好：2 .设计传感器应用电路并画出电路图；3 .应用能用：测量物体的位移。三、设计步骤及原理分析3.1 设计方法电涡流传感器具有体积小、非接触、对介质不敏感的特点，被广泛应用于对金属位移等的测量中。尽管用电涡流传感版非接触测盘位

3、移已经得到广泛的应用,但是测量位移的线性范图受到传感器线固直径的限制,位移测量范围为线圈直径的1/31/5,大直径的传感器,其测量范围最大可以接近到直径的1/2。在很多领域希望能进一步扩大传感器的测量范围，以满意大位移的非接触测量.文中采纳指数运算电路作为非统性补偿环节来改善传感器原有的传输特性,扩大传感器测量范国。由电磁感应定律可知：闭合金属导体中的遨通发生改变时，就会在导体中产生闭合的感应电涡流,阻碍磁通量的改变。如图1所示,传感线圈由沟通信号激励,在产生焦耳热的同时,乂要产生磁滞损耗,它们造成交变磁场能量:的损失,进而使传感器的等效阻抗Z发生改变。影响阻抗Z的因素有被测导体的电导率、磁导

4、率、线圈的激励频率f及传感器与被测导体间的位移X等，只要保证这些影响因素只有位移X改变,其他都保持不变,则传感器的等效阻抗Z将变成位移X的一元函数Z(),经过线性化处理后用Z的改变就能很好地反映出X的改变,实现测量位移X的目的。图1电涡流位移测量原理3. 2设计步骤3. 2.1测量电路的设计电涡流传感器的测量电路可以归纳为调幅式和调频式2种。调幅式电路又可细分成恒定频率的调幅式与频率改变的调幅式2种，文中采纳恒定频率谢幅式电路,其特点是输出可以被调理为直流电压,优势在于调整为直流电压后，采纳指数运算电路对传感器的非线性段进行线性化补偿，可最大限度地扩大传感器测量范围。测量电路由电涡流传感器,信

5、号源电路、前级放大电路、检波港波电路、指数补偿电路等5部分构成。3.2.2 传感器参数的确定传桃器的主要元件是一支固定于框架上的麻平线圈与一个电容并联所构成的并联谐振回路。线圈尺寸和形态关系到传感微的灵敏度和测量范围，采纳计算机Miit1.ab计算软件得到传感器线图的最优结构参数:外径为60m,内径为57mm,轴向厚度为311m,匝数为80,线径为0.25三.3.2.3 信号源电路信号频率及其稳定性对检测效果的影响特别大，般来说,若振荡频率改变1%,输出改变大约在10%以上。DDS具有相位连续、转换速度快、信号稳定度高等优点。采纳D9850与单片机产生正弦信号,经滤波、功率放大等处理后送给传感

6、器。AD9850与单片机组成的信号源电路,在参考时钟为125MHZ下,输出频率辨别率可达0.029Hz.3.2.4前级放大电路电涡流位移传感器是将位移量转化为电信号，由于信号为改变缓慢的非周期信号，而J1.比较微弱，只仃通过放大才能驱动负教。同时,要求放大电路要有高的输入阻抗,以减小测量电路的负我,提高1.C并联谐振回路的品质因数。采纳低噪声、精密集成运制放大器0P37搭建同相输入前级放大电路，同时得到IM以上的高输入阻抗和较低的输出阻抗.3.2.5 检波滤波电路果纳二倍质检波电路与有源二阶低通漉波电路,如图2所示,得到与沟通电用信号幅值改变相对应的直流电压信号。电路还具有电压的调整作用，即调

7、整反馈电阻RW1.获得传感器线圈与被测位移为0处所对应的输出电压,为后面的指数非线性补偿等处理做打算。图2枪波与浦波电路3.2.6 指数补偿电路当位移X在50mm以外改变时，电涡流传感器输出电压仍有改变，只是改变特别缓慢。为增大测量范围，须要一个补偿环节,其传输特性如图3第三象限中曲线2所示,它与第一象限中传感器输出特性（曲线D一起,实现最终第四彖限的线性结果。在第三象限较远处，当输入（横轴方向）渐渐增大改变时,输出（纵轴方向）的改变率不断增大,这种曲线类似指数运算。故利用2支双极盘晶体管与精密、低噪声运放D7OI设计一个指数运算电路,可以达到上述要求。图3非线性化补偿图解如图4所示,在进行指

8、数补偿之前,通过运算放大器A3的减法运算得到位移X的对应改变电压V2,运算放大器A4和5的作用是选择指数补偿的起点电压。5V电压基准VrCfI、Yref2及后面VrCf3均由低噪声、低漂移、精密电压基准MX6250供应;开关二极管D3保证输出电压的单一方向，即30,对指数补偿电路起爱护作用。图4非线性补偿起点获得电路指数补偿电路如图5所示,放大器A6、A7与三极管Q1.、Q2组成指数补偿电路,放大器A8与A9组成豪兰德(HOWIand)电流源电路,为指数运算电路供应如图所示的恒定电流：图5指数补偿电路由于指数运兑电路只对较远处起作用，对较近的距离反而具有哀减的负面效应,为解决此问题,将指数运舔

9、电路输出V4与图5中通过A3减法运算得到位移X的对应改变电压V2相加得到最终的输出电压Vout43.2.7试验结果把电涡流位移传感器固定在一方，在另一方放置一块厚度为2cm,面积为(200*200)m2的钢板作为被测导体，当钢板移动时,用游标卡尺读出位移x,在数字电压表上读出补偿前后电压值Vout1.和Vout2,并转化成对应的相对电压Vob1.和Vob2(输出电压值Vout与最大输出电压Vomax的比值)，如表1所示.把这2组数据画成位移-电压曲线如图6所示。表1实脍数据位移X)m补偿前Veu扑偿后Vq位移Xinm补偿前Q补偿后工000057005660077205651000a112009

10、17000a816a705200002220136SO08420782如00Q43601959Q00a845。8224000057202S2110846083250oa0710104451a08471a8381图6位移-电压曲线3.3设计原理分析忒验结果表明：采纳指数运修电路作为电涡流位移传感器的非线性补偿环节,能够有效地改善传感器原有的传输特性,线性测量范围由原来不足直径的1/2最大可扩展到直径的1倍以上,堪本能够满意大位移测地须要。四、课程设计小结与体会在这几天的课程设计中我学到了很多，既有有因无从下手和失败而迷茫和懊丧，也有获得胜利后的沾沾自喜。而且发觉自己的学问储备实在太少。在课程设计中每天不断的查资料分析电路，要找出试验电路和经典电路之间的共性。课程设计其的不询单。对我的提淘的确很大。五、参考文献1邵东向，郭华,电感式位移传感涔线性补偿技术.传感器技术，19992邵爱霞,赵辉，刘伟文.定频调幅式电涡流传感器电路及其在防水数显卡尺中的应用.计算机测量与限制,20053镭健杨,朱惠忠.大量程电涡流位移传感器线性化电路探讨.仪表技术与传感器，1998