【正文】 第 3章 無源型位移傳感器 圖 326 運(yùn)算放大器組成的相敏檢波電路 第 3章 無源型位移傳感器 4. 集成模擬乘法器相敏檢波電路 圖 327為用集成模擬乘法器 LM1496實(shí)現(xiàn)相敏檢波的電路 。 （ 3） 相敏檢波輸出信號的頻率等于載波頻率的二倍。 輸入調(diào)幅信號 ui經(jīng) T1二次側(cè)的下半邊輸出 uy/2并經(jīng) VD T2二次側(cè)的右半邊和電流表構(gòu)成回路 ， 電流方向?yàn)樯险仑?fù) ， 并設(shè)其為正方向 。當(dāng) R1=R2=R3=R4時(shí)， 半橋單臂接法 K=1/（ 4R0），半橋差動(dòng)接法 K=1/（ 2R0），全橋接法 K=1/R0；uom=KuimR（ t），為輸出電壓幅值。 載波信號的振幅、 頻率和相位都可受調(diào)制信號的控制， 相應(yīng)的調(diào)制分別稱為調(diào)幅（ AM）、調(diào)頻（ FM）和調(diào)相（ PM）。為了充分利用渦流效應(yīng)，被測金屬導(dǎo)體的橫向尺寸應(yīng)大于線圈外徑的； 對圓柱形被測物體，其直徑應(yīng)大于線圈外徑的 。 該調(diào)幅信號經(jīng)高頻放大 、 檢波 、 濾波后輸出與被測量相應(yīng)變化的直流電壓信號 。 其性能由表 32列出。 如果固定其中某些參數(shù) ， 就能由電渦流的大小測量出另外一些參數(shù) 。圖中，電阻是用康銅絲繞制的， 串聯(lián)時(shí)的阻值為 ～ 5 Ω；并聯(lián)時(shí)的阻值為數(shù)十至數(shù)百千歐； 并聯(lián)電容的數(shù)值在 100～ 500 pF范圍內(nèi)。 但 e1也不能過大 ， 過大時(shí)將會(huì)使差動(dòng)變壓器線圈發(fā)熱而引起輸出信號漂移 ， e1可取零點(diǎn)幾伏到數(shù)伏 ， 常取 3～ 8V。鐵芯和銜鐵要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚恚? 除去應(yīng)力， 以改進(jìn)磁性能。 線圈由一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈和骨架組成。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 314 螺管式自感式傳感器結(jié)構(gòu)原理 第 3章 無源型位移傳感器 3. 電感式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 電感式傳感器常用交流阻抗電橋和諧振電路實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換 。如當(dāng) Δ x/l0=10%時(shí)， 單邊式非線性誤差小于 10％，而差動(dòng)式非線性誤差小于 1％。 因此， 電感式傳感器從原理上可分為變氣隙長度式和變氣隙截面式兩種類型。 第 3章 無源型位移傳感器 電感式傳感器 自感式傳感器 1. 變氣隙式 （ 閉磁路式 ） 自感傳感器 變氣隙式自感式傳感器的結(jié)構(gòu)原理如圖 312所示 。電容 C可以是固定電容 ， 也可以是差動(dòng)電容的另一邊 。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 38 （ a） 平板式；（ b） 扇形平板；（ c）柱面板式；（ d）圓筒面式 第 3章 無源型位移傳感器 3. 改變極板間介質(zhì)的電容式傳感器 圖 39為改變極板間介質(zhì)的電容式傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖 。 第 3章 無源型位移傳感器 如圖 37（ a）所示，設(shè) A板為一固定極板， B板為一可動(dòng)極板，當(dāng) B板隨被測位移 x移動(dòng)時(shí)， 兩板間距離 d就發(fā)生變化，從而改變電容量。 全橋和雙臂電橋還可構(gòu)成差動(dòng)工作方式 。 第 3章 無源型位移傳感器 轉(zhuǎn)換電路 1. 電阻電橋的輸出電壓 直流電阻電橋如圖 36（ a）、（ b）、（ c）所示，其初始狀態(tài)可通過 RP1調(diào)零。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 3） 粘貼：首先用甲苯 、 四氫化碳等溶劑清洗試件表面和應(yīng)變片的底面 ， 然后在試件表面和應(yīng)變片的底面各涂一層薄而均勻的粘合劑 ， 將應(yīng)變片貼在確定的位置處 。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 2） 應(yīng)變片的初始電阻和絕緣電阻： 應(yīng)變片的初始電阻值 R0有 60、 1 200、 350、 600或 1000Ω 的應(yīng)變片 。它的電阻值分散度小， 可做成任意形狀， 易于大量生產(chǎn)， 成本低， 散熱性好， 允許通過大的電流， 靈敏度高， 耐蠕變和耐漂移能力強(qiáng)。 第 3章 無源型位移傳感器 1. 電阻應(yīng)變片的類型與結(jié)構(gòu) 1） 金屬電阻應(yīng)變片的類型和結(jié)構(gòu)如圖 34所示， 它有絲式、 箔式和薄膜式。 第 3章 無源型位移傳感器 當(dāng)沿金屬絲長度方向施加力時(shí)，其幾何尺寸和電阻率都會(huì)變化，從而導(dǎo)致電阻值的變化。 第 3章 無源型位移傳感器 4） 導(dǎo)電玻璃釉電位器又稱金屬陶瓷電位器， 它是以合金、 金屬氧化物或難溶化合物等為導(dǎo)電材料， 以玻璃釉粉為粘合劑， 混合燒結(jié)在陶瓷或玻璃基體上制成的。 它的噪聲僅高于線繞電位器。 電阻元件有線繞電阻、 薄膜電阻、 導(dǎo)電塑料電阻、 導(dǎo)電玻璃釉電阻等。 電位器式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單， 價(jià)格低廉， 性能穩(wěn)定， 對環(huán)境條件要求不高， 輸出信號大， 易于轉(zhuǎn)換， 便于維修的優(yōu)點(diǎn)。 第 3章 無源型位移傳感器 電位器式傳感器的結(jié)構(gòu)與類型 如圖 32所示，電位器由電阻元件、 電刷、 骨架等組成。 第 3章 無源型位移傳感器 2） 金屬膜電位器由合金、 金屬或金屬氧化物等材料通過真空濺射或電鍍方法， 在瓷基體上沉積一層薄膜而制成。 此外， 它的分辨率較高， 線性度較好， 阻值范圍大， 能承受較大的功率。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 33 應(yīng)變式傳感器原理框圖 第 3章 無源型位移傳感器 （ 1） 測量范圍寬 、 精度高 ， 如測量力可達(dá) 101～ 106N、 % ， 10～ 1011Pa、 % ， 測量應(yīng)變可達(dá) με～ kμε級； （ 2） 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好 ， 一般電阻應(yīng)變片響應(yīng)時(shí)間為 107s， 半導(dǎo)體式應(yīng)變片響應(yīng)時(shí)間達(dá) 1011s； (3) 結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，體積小，重量輕；品種多，價(jià)格低， 耐惡劣環(huán)境， 易于集成化和智能化。 半導(dǎo)體材料壓阻靈敏度為 EK 1??(34) 式中， E為半導(dǎo)體材料的彈性模量； π l為半導(dǎo)體材料的壓阻系數(shù)。 直角絲柵橫向應(yīng)變靈敏度小， 因而精度高， 但耐疲勞性差， 適用于靜態(tài)測量。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 35 體型半導(dǎo)體應(yīng)變片結(jié)構(gòu)示意圖 第 3章 無源型位移傳感器 表 31 應(yīng)變片主要技術(shù)參數(shù) 第 3章 無源型位移傳感器 2. 應(yīng)變片的使用 1） 選擇時(shí)主要考慮尺寸 、 初始電阻 、 絕緣電阻及允許工作電流 。 第 3章 無源型位移傳感器 2） 電阻應(yīng)變片是粘貼在彈性敏感元件上或被測構(gòu)件上工作的 ， 傳感器的性能在很大程度上取決于粘貼質(zhì)量 。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 5） 粘貼質(zhì)量檢查：檢查粘貼位置是否正確 ， 粘合層是否有氣泡和漏貼 ， 敏感柵是否有短路或斷路現(xiàn)象以及敏感柵的絕緣性能等 。當(dāng)電橋不平衡時(shí)， 將有電壓輸出。那么，式（ 310）和式（ 37）可分別改寫為 1i11io1i11io22??kURRUUkURRUU?????? （ 311） （ 312） 第 3章 無源型位移傳感器 電容式傳感器 電容式傳感器的類型與特性 在物理學(xué)中我們已經(jīng)知道： 兩個(gè)彼此絕緣而又靠得很近的導(dǎo)體就組成了一個(gè)電容器， 電容量等于極板所帶電荷量與極板間的電壓之比。平板式和圓筒面式用于測量直線位移， 扇形平板和柱面板式用于測量角位移。 其中，（ a）為單臂接法，高頻電源接到電容電橋的一個(gè)對角線上，電容 C CC Cx構(gòu)成電容電橋的四臂， Cx為電容傳感器， 電橋平衡時(shí)輸出電壓為零； Cx變化時(shí)電橋平衡被破壞， 則有電壓輸出。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 311 差動(dòng)式電容傳感器脈沖調(diào)寬電路 第 3章 無源型位移傳感器 電容式傳感器的使用注意事項(xiàng) 在應(yīng)用或制造電容式傳感器時(shí) ，