xx0403206_王云海_基于電容傳感器的微小位移測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(文件)
【正文】 中 又 呈現(xiàn)出 了快速增長的趨勢。電容傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)，然后將電信號(hào) 通過 A/D 轉(zhuǎn)換電路 反映在顯示器上。 電容傳感器的測量原理就是 需要將所測的力學(xué)量通過電路變換，使其成為電信號(hào)后進(jìn)行放大和處理，并在 PC 機(jī)上顯示出測量結(jié)果。這就提示了我們在對這些物理量進(jìn)行測量的時(shí)候可以采用一種相同的傳感器進(jìn)行測量，并都需要進(jìn)行電路轉(zhuǎn)換，以達(dá)到精確測量的目的。 圖 23 電容傳感器運(yùn)算式線路原理 運(yùn)算式線路的主要特點(diǎn)是： 1） 由于輸出電壓與 h之間為線性關(guān)系，故而從原理上消除了 CT— h 非線性關(guān)系所帶來 的影響，整機(jī)的非線性誤差小，測量精度高。 圖 25 電容傳感器測微原理 電容傳感器的工作原理 ： 平面變間隙式電容傳感器是由兩個(gè)相互平行的平面極板組成的（通常是由被測件作為固定極 板，測頭作為可動(dòng)極板），它們構(gòu)成了一個(gè)平行板電容器（圖 26 所示） 電容傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2— 7 所示。 （ 1）傳感器電場的邊緣效應(yīng)會(huì)使 CT與 h之間的關(guān)系變得極為復(fù)雜，一般是通過前述的加保護(hù)環(huán)的方法加以解決。 圖 26 電容傳感器原理圖 圖 27 電容傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 電容傳感器是 將被 測 物體 參數(shù)的變化轉(zhuǎn)換成電容變化的測量裝置。 我們本次設(shè)計(jì)用的就是變極距型 電容傳感器。當(dāng)然，變面積型電容傳感器的優(yōu)點(diǎn)是 輸出呈良好的線性，量程 更是 不受線性范圍的限制， 由于其有如此特性，因此它可以 適用于檢測較大直線位移和角位移等參數(shù)， 相應(yīng)的，其缺點(diǎn)就是 該類型的傳感器與變 極 距型的電容傳感器相比，其靈敏度較低，測量相對不準(zhǔn) 確，容易產(chǎn)生大的誤差。由于其存在這種特性，也就是表明了這種傳感器的特殊應(yīng)用所在。如 圖 210 為一種變極板間 介質(zhì)的介電常數(shù)的電容傳感器，用于測量液位的結(jié)構(gòu)原理圖，通過圖示我們可以很明了的看出其測量液位的原理。 另外，對于底座的設(shè)計(jì)尤為注意，要特別進(jìn)行加工。 絲杠中徑 d 的計(jì)算，單位 mm： 通過對專業(yè)課本查找， 梯形螺紋和矩形螺紋的計(jì)算公式： ? ?PFd ???? 其中： F是軸向載荷，單位 N，假設(shè) F=1000N； P是材料的需用應(yīng)力，單位 MPa，轉(zhuǎn)速為低速，則查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P=10MPa；整體式螺母，取φ =2； 帶入計(jì)算 2 10d ?? ? 故可得 d? ； 基于本課題測量的精度問題， 我們必須確定的是不能讓絲杠發(fā)生彎曲變形， 所以絲杠的直徑不能取得太小， 否則會(huì)影響測量精度。由于傳感器支架需要支撐傳感器，對其強(qiáng)度要求高，因此 本設(shè)計(jì)儀器選擇傳感器支架的材料為 HT200， 其 采用 的方法為鑄造 。圖 32為傳感器支架的示意圖： 圖 32 傳感器支架 底座的設(shè)計(jì) 對于 底座 的設(shè)計(jì)，其主要是起一個(gè)支撐作用，實(shí)現(xiàn)與絲杠的配合以達(dá)到對其支撐的目的。因此對底座的結(jié)構(gòu)要求稍大。而系統(tǒng)需 通過楔形 裝置 滑塊的位移變化 來進(jìn)行測量。 根據(jù)查閱大量的資料與課本專業(yè)知識(shí)， 滑塊軌道的設(shè)計(jì)圖如圖 34所示。在測量范圍上可以測到 um 至零點(diǎn)幾 mm 距離等。 （ 2）放 大電路的電壓增益及放大采用三運(yùn)放高共模抑制比放大電路 ； （ 3）濾波電路的電壓增益采用低通有源濾波電路，此電路由一級(jí) RC 低通濾波電路和同相比例電路組成，它不僅有濾波功能，而且能起放大作用。 另外，對于 譯碼、驅(qū)動(dòng)現(xiàn)實(shí)電路采用動(dòng)態(tài) LED 顯示方式，并選用了共陰接法的四體連動(dòng)型數(shù)碼管 TOF3461AH，可直接顯示四位數(shù)碼。對于譯碼部分，采用硬件譯碼缺乏靈活性，所以本設(shè)計(jì)是以軟件來代替硬件譯碼，這樣就省去了譯碼電路。本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方面主要需用 8051 一塊， 74LS373 一塊， 6264 一塊， ICL7109 一塊， 8155 一塊， ICL7109 一塊。 具體的是 大約兩個(gè)月的時(shí)間吧，使我在專業(yè)所學(xué)方面得到了較大的提升，深切體會(huì)了四年所學(xué)，并成功應(yīng)用在了畢業(yè)設(shè)計(jì)中 本系統(tǒng)中主要是包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分和電路轉(zhuǎn)換部分?？傮w來說， 該測量系統(tǒng) 還是 實(shí)現(xiàn)了微距測量的智能化、實(shí)時(shí)性以及非接觸測量的精確性。在此也 衷心希望有志之士 可以 設(shè)計(jì)出高效率 ，低能耗的優(yōu)秀檢測系統(tǒng)，使我國的檢測 系統(tǒng)更加的向國際化邁進(jìn)。 由于自己專業(yè)知識(shí) 的不精和范圍所限，該系統(tǒng)依然 會(huì) 存在許多不足之處。 最后還是成功的完成了課題的設(shè)計(jì)，初步實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的。 濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 5 結(jié) 論 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，尤其是在通過近一學(xué)期的畢業(yè)課程設(shè)計(jì)，使我無論是在專業(yè)知識(shí)方面，還是 實(shí)踐畫圖方面都有了長足的進(jìn)步，并系統(tǒng)的自己完成了一次裝備設(shè)計(jì)。下面具體的對這三種單片機(jī)進(jìn)行比較分析： （ 1） 8751 具有 EPROM，但價(jià) 格昂貴，很適合開發(fā)樣機(jī)，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場進(jìn)一步完善的場合； （ 2） 8051 的 EPROM 程序是 Intel 公司制作芯片時(shí)為用戶制備的，因此在國內(nèi)很難采用 8051 型芯片， （ 3） 8031 片內(nèi)沒有 ROM，需擴(kuò)展 ROM。每個(gè) I/O 口都可以獨(dú)立地設(shè)置為輸入或者輸出。 ATmega16L 單片機(jī)集成了 8 通道 10 位高精度的逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，由測量電路所采集到的模擬電壓信號(hào)可直接接入 ATmega16L 單
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