傳感器課程設計電感式位移傳感器要點(編輯修改稿)
2025-07-23 00:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 移變化,傳感器非線性誤差可達 %%。伴隨著各國航空航天、船舶等軍事領域,及工業(yè)控制和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展,對位移傳感器的需求量也不斷上升,同時要求位移傳感器不斷地進行技術革新,不斷地有新技術、新材料的運用,以滿足不同場合、不同環(huán)境條件的需求。位移傳感器的應用已經(jīng)得到了廣泛的發(fā)展,幾乎可以用于各個領域的位移、位置、行程的自動傳感器課程設計1測量和自動控制,以及測量預先被變成位移的各種物理量,比如:伸縮、膨脹、差壓、振動、應變、流量、厚度、重量等等。位移傳感器同其他傳感器一樣,其發(fā)展的總趨勢就是利用新材料、新工藝實現(xiàn)微型化、集成化、智能化,利用新原理、新方法實現(xiàn)更多種類的信息獲取,輔以先進的信息處理技術提高傳感器的各項技術指標,以適應更廣泛的應用需求。(1) 微型化。各種控制儀器設備的功能越來越多,要求各個部件體積能占位置越小越好,因而傳感器本身體積也是越小越好,這就要求發(fā)展新的材料和加工技術。近年來,隨著微電子技術和微機械加工技術的日趨成熟,傳感器制作技術進入了一個展新階段。微電子技術和微機械加工技術相結合,器件結構從二維到三維,實現(xiàn)了進一步微型化、低功耗。(2) 集成化。集成傳感器的優(yōu)勢是傳統(tǒng)傳感器無法達到的,它不僅是一個簡單的傳感器,而且將輔助電路中的元件與傳感元件同時集成在一塊芯片上,使之具有校準、補償、自診斷和網(wǎng)絡通信的功能,可降低成本、增加產(chǎn)量。把傳感器、信號調(diào)節(jié)電路、單片機集成在一個芯片上形成超大規(guī)模集成化的高級智能傳感器已經(jīng)成為一個新的發(fā)展趨勢。(3) 智能化。智能化傳感器是一種帶微處理器的傳感器,是微型計算機和傳感器相結合的成果,它兼有檢測、判斷和信息處理功能,與傳統(tǒng)傳感器相比有很多優(yōu)點,具有判斷和信息處理功能,可實現(xiàn)多傳感器、多參數(shù)測量,有自檢、自校和自診斷功能,測量數(shù)據(jù)可存取,且具有數(shù)據(jù)通信接口,能與微型計算機直接通信。智能化傳感器已從傳統(tǒng)傳感器的單一功能、單一檢測向多功能和多變量檢測方向發(fā)展,它的準確度、穩(wěn)定性和可靠性都是傳統(tǒng)傳感器不可比擬的。(4) 無線網(wǎng)絡化。無線傳感器網(wǎng)絡是當前國際上備受關注的、多學科高度交叉的新興前沿研究熱點領域,它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等,能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息,通過嵌入式系統(tǒng)對信息進行處理,并通過隨機自組織無線通信網(wǎng)絡以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。從而真正實現(xiàn)“無處不在的計算”理念。二、方案設計方案一利用電感式傳感器的原理設計一個位移傳感器的應用電路，設計的總體模塊主要由直流穩(wěn)壓電源、振蕩電路、電感傳感器、解調(diào)器、差動放大電路、V/I 轉(zhuǎn)換電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、LED顯示電路等構成?？傮w設計框圖如下。 傳感器課程設計2圖 1 電感式位移傳感器的設計總體框圖圖2為為螺管式自感傳感器結構原理圖。它由平均半徑為 r 的螺管線圈、銜鐵和磁性套筒等組成。隨著銜鐵插入的深度的不同將引起線圈泄露路徑中磁阻變化，從而使線圈的電感發(fā)生變化。根據(jù)磁路結構，磁通主要由兩部分構成：沿軸向貫穿整個線圈后閉合的主磁通φm和經(jīng)銜鐵側面氣隙閉合的側磁通φs。因氣隙較大，故磁性材料的磁阻可忽略不計。圖 2 螺管式自感傳感器原理圖側磁通通過銜鐵側面與線圈交鏈，交鏈部分只是銜鐵側面遮蓋部分的線圈。在線圈的軸向不同位置處，磁勢是不同的，且交鏈到的線圈匝數(shù)也不一樣。由圖 2可知離線圈端面 x 處的磁勢，根據(jù)兩同心圓柱面磁極間的磁導計算公式，可得半徑為 ra 的銜鐵與內(nèi)徑為 D 的磁性套筒間的比磁導。于是，可得微分單元磁導以及x 處的微分單元磁通。整個線圈的總磁鏈為主磁鏈和側磁鏈之和。由于傳感器軸向氣隙較大，存在磁通邊緣效應，故可認為在銜鐵移動的一定范圍內(nèi)主磁通近似不變。這時，銜鐵位移僅引起側電感 Ls 變化。直流穩(wěn)壓電路振蕩電路 電感式傳感器解調(diào)差動放大電路V/I 轉(zhuǎn)換電路取樣A/D 轉(zhuǎn)換電路LED 顯示220V傳感器課程設計3 圖 3 磁通半徑作用修正系數(shù) 系統(tǒng)主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器、A/D 轉(zhuǎn)換、LCD 顯示及單片機系統(tǒng)。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵電壓，正弦波振蕩器輸出的信號加到測量頭中由線圈和電位器組成 的電感橋路上。工件的微小位移經(jīng)電感式傳感器的測頭帶動兩線圈內(nèi)銜鐵移動，使兩線圈內(nèi)的電感量發(fā)生相對
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