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成绩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用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__tlab计算软件辅助设计了直径为60mm电涡流传感器探头并结合测量电路进行实验实验结果表明最大测量范围接近90mm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;线性化目录
一、设计目的1
二、设计任务与要求
12.1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
23.3设计原理分析6
四、课程设计小结与体会6
五、____6
二、设计任务与要求
12.1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
23.3设计原理分析6
四、课程设计小结与体会6
五、____6
一、设计目的
1.了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性
2.了解电涡流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量范围采用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了该系统工作的稳定性证明设计达到了预期效果
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.应用范围测量物体的位移
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器非接触测量位移已经得到广泛的应用但是测量位移的线性范围受到传感器线圈直径的限制位移测量范围为线圈直径的1/3~1/5大直径的传感器其测量范围最大可以接近到直径的1/2在许多领域希望能进一步扩大传感器的测量范围以满足大位移的非接触测量文中采用指数运算电路作为非线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围由电磁感应定律可知:闭合金属导体中的磁通发生变化时就会在导体中产生闭合的感应电涡流阻碍磁通量的变化如图1所示传感线圈由交流__激励在产生焦耳热的同时又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发生变化影响阻抗Z的因素有被测导体的电导率、磁导率、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变化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Zx经过线性化处理后用Z的变化就能很好地反映出x的变化实现测量位移x的目的
3.2设计步骤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变化的调幅式2种文中采用恒定频率调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节为直流电压后采用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、__源电路、前级放大电路、检波滤波电路、指数补偿电路等5部分构成传感器的主要元件是一支固定于框架上的扁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状关系到传感器的灵敏度和测量范围采用计算机__tlab计算软件得到传感器线圈的最优结构参数:外径为60mm内径为57mm轴向厚度为3mm匝数为80线径为
0.25mm.__频率及其稳定性对检测效果的影响非常大一般来说若振荡频率变化1%输出变化大约在10%以上DDS具有相位连续、转换速度快、__稳定度高等优点采用AD9850与单片机产生正弦__经滤波、功率放大等处理后送给传感器AD9850与单片机组成的__源电路在参考时钟为125MHz下输出频率分辨率可达
0.029Hz电涡流位移传感器是将位移量转化为电__由于__为变化缓慢的非周期__而且比较微弱只有通过放大才能驱动负载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载提高LC并联谐振回路的品质因数采用低噪声、精密集成运算放大器OP37搭建同相输入前级放大电路同时得到1M以上的高输入阻抗和较低的输出阻抗采用二倍压检波电路与有源二阶低通滤波电路如图2所示得到与交流电压__幅值变化相对应的直流电压__电路还具有电压的调节作用即调节反馈电阻RW1获取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准备图2检波与滤波电路当位移x在50mm以外变化时电涡流传感器输出电压仍有变化只是变化十分缓慢为增大测量范围需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1一起实现最终第四象限的线性结果在第三象限较远处当输入横轴方向逐渐增大变化时输出纵轴方向的变化率不断增大这种曲线类似指数运算故利用2支双极型晶体管与精密、低噪声运放AD704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的对应变化电压V2运算放大器A4和A5的作用是选择指数补偿的起点电压5V电压基准Vref
1、Vref2及后面Vref3均由低噪声、低漂移、精密电压基准__X6250提供;开关二极管D3保证输出电压的单一方向即V30对指数补偿电路起保护作用图4非线性补偿起点获取电路指数补偿电路如图5所示放大器A
6、A7与三极管Q
1、Q2组成指数补偿电路放大器A8与A9组成豪兰德Howland电流源电路为指数运算电路提供如图所示的恒定电流:图5指数补偿电路由于指数运算电路只对较远处起作用对较近的距离反而具有衰减的负面效应为解决此问题将指数运算电路输出V4与图5中通过A3减法运算得到位移x的对应变化电压V2相加得到最终的输出电压Vout
3.2.7实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__为200*200mm2的钢板作为被测导体当钢板__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Vo__x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所示图6位移-电压曲线
3.3设计原理分析实验结果表明:采用指数运算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倍以上基本能够满足大位移测量需要
四、课程设计小结与体会在这几天的课程设计中我学到了许多,既有有因无从下手和失败而迷茫和沮丧,也有获得成功后的沾沾自喜而且发现自己的知识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真的不容易对我的提高确实很大
五、____1999。