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-全文預(yù)覽
【正文】 片機模擬信號輸入引腳（ ADC 的模擬信號輸入引腳與 PA 口復(fù)用），即可實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。測量電路由差動脈沖調(diào)寬電路、放大電路和濾波電路 3 部分組成。 圖 34 滑塊軌道平面圖 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 4 微位移測量系統(tǒng)的電路設(shè)計 傳感器選用平行平面式變極距型電容傳感器。 通過螺旋測微器橫向的位移，來使楔形塊上塊有一個豎直方向的微小位移。這樣的設(shè)計會是在生產(chǎn)過程中對底座的加工稍顯麻煩，但是這樣的設(shè)計也會使使用者對其原理一目了然，更便于操作 。故在 材料 上 同樣也選擇 HT200，采用 的是 鑄造的方法。 傳感器支架 要固定在絲杠上，通過下方的調(diào)節(jié)圈 來調(diào)節(jié)傳感器支架的位置 ， 以此來 完成對傳感器位置的調(diào)整 ，最終控制測量的精度。由于所選絲杠的直徑遠大于濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 所需要的，所以所選的絲杠定能滿足使用要求。 因此我們現(xiàn)在可以確定選用的材料是 45。 特別指出的是，本次設(shè)計的系統(tǒng)在 測量精度的范圍以及 精度都 不同 ， 故 在設(shè)計的時候 需要 將傳感器支架設(shè)計為了 兩個， 其目的是 更 方便的夾住大小直徑不同的 電容 傳感器 ，這樣的 好處是完成測量精度范圍的 測量應(yīng)用，而底座，滑塊則是通過參考同類產(chǎn)品可知需滿足產(chǎn)品的尺寸即可。 因此變介質(zhì)型電容 傳感器常用于檢 測容器液位高度或測量材料厚度。 因為只要在傳感器中的 介質(zhì)的介電常數(shù) ε 不濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 同， 便可以存在多種結(jié)構(gòu)表達形式。 其電容值的 計算公式為 式中： K—— 電容系數(shù)（ K=1/（ ） =），即真空中介電常數(shù)； S—— 極板面積（ cm2）； h—— 極板間距（ cm）； ? —— 介質(zhì)相對介電常數(shù)。在這些傳感器中，最基本的 就 是平面變極距型，它主要用于 精密位移、振動測量，精密定位及其他一些測控場合。 (2)當被測表面不是平面時（例如軸、孔的表面）， CT與 h之間的關(guān)系不是式（ 2—1）的關(guān)系，此時可以在滿足各種技術(shù)要求的前提下盡可能地選用小直徑的測頭，或?qū)y頭端面設(shè)計與被測表面相對應(yīng)的形狀。保護環(huán)應(yīng)該與測頭等電位，并且應(yīng)與測頭絕緣，才能起到上面的作用，因此在測頭與保護環(huán)之間加上一絕緣層，并且用電氣方法使測頭與 保護環(huán)等電位，同時必須保證它們之間電氣絕緣。 電容傳感器的原理結(jié)構(gòu) 傳感器為一個平板，被測件為另一個平板。 濟南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 2 微位移測量的原理 電容測微儀 就 是將被測位移轉(zhuǎn)化為電量變化的微位移測量儀 ,它具有 頻率響應(yīng)快、 靈敏度高、 穩(wěn)定性好、輸出信號直接轉(zhuǎn)換成電信號， 測量為非接觸方式、不產(chǎn)生測力變形等特點。 下面主要介紹下電容傳感器的優(yōu)點及選擇原因 (1) 測量范圍大：其相對變化率可超過 100%； (2) 靈敏度高：如用比率變壓器電橋測量，相對變化量可達 107數(shù)量級； (3) 動態(tài)響應(yīng)快：因其可動質(zhì)量小，固有頻率高，高頻特性既適宜動態(tài)測量，也可靜態(tài)測量； (4) 穩(wěn)定性好：由于電容器極板多為金屬材料，極板間襯物多為無機材料， 眾所周知無機材料 在高溫、低溫強磁場、強輻射下 不會出現(xiàn)形變與失效等情況，故電容傳感器可以在惡劣的環(huán)境下 長期工作，尤其是解決高溫高壓環(huán)境 下的檢測難題 。傳感器連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過微安培的小電流， 再通過電路轉(zhuǎn)換在 示波器的顯示， 然后 在 PC 機上完成微小位移的計算。新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場，并成就傳感器的輝煌。但由于當時電容傳感器本身存在一些問題 和缺陷 ， 技術(shù)發(fā)展不夠成熟， 使它的應(yīng)用受到 了一定的制約 。 對于我國的電容傳感器技術(shù)的發(fā)展， 天津大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點試驗室里的許多老師對 于電容傳感器都有獨到的研究，他們發(fā)明和制作了許 多應(yīng)用電容作傳感器的測量儀器，應(yīng) 用在現(xiàn)代生產(chǎn)中。 2020 年初，其公司帶來了其極具創(chuàng)新意義的產(chǎn)品：新一代的電感式傳感器 UPROX 十。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 電容測微計可以算是近年來發(fā)展最快的位移測量方法之一。 傳感器成為了現(xiàn)代社會發(fā)展基石。傳感器的應(yīng)用 不僅僅是再局限 于精確測量 角 位移、厚度以及 振動等物理量 的測量， 現(xiàn)代的傳感器 更 是 引申到了測量力、壓力、壓差、流量、溫度 等參數(shù) 的先進技術(shù) ， 甚至于在自動檢測與控制系統(tǒng)中也會發(fā)揮著極其重要的作用 。今后，隨著 CAD 技術(shù)、 單片機技術(shù)、 信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的繼續(xù)成熟 發(fā)展，未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加 多功能化、 普遍化、微型化、 智能化和系統(tǒng)化。對于這種情況，本課題尋求的是 設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單且廉價的微位移測量系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，針對位移特別是微 小位移的測量方法應(yīng)時代的發(fā)展，如雨后春筍般出現(xiàn) ，基本 上 現(xiàn)在 的位移測量和信號分析大多是靠電子儀器來實現(xiàn)的。當前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正邁入飛速發(fā)展階段，并且開始向著多功能化、微小型化、和系統(tǒng)化 的方向發(fā)展。 伴隨著電子技術(shù)進入的黃金發(fā)展期，現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)也解決了電容式傳感器曾經(jīng)存在的許 多技術(shù)問題，完善了電容式傳感器的功能與應(yīng)用， 傳感器 的應(yīng)用意義可以說是無與倫比，工業(yè)生產(chǎn)、信息探索 ? 都有著傳感器的身影。 甚至 可以毫不夸張地說，上到廣闊 的太空， 下 到浩瀚的 海洋，不管說 是 復(fù)雜 的 還是簡單 的工程
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