基于电感传感器的微位移测量系统设计

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1、基于电感传感器的微位移测量系统设计绪论2第一章基于电感传感器的微位移测量系统概述2第二章设计思路3第三章使用模块及相应硬件概述43.1电感传感器43.2正弦激励电路63.3相敏检波电路设计73.4程控放大电路83.5A/D转换电路模块93.6单片机模块153.7LCD显示模块183.8无线传输模块20第四章心得体会31参考文献3232基于电感传感器的微位移测量系统设计绪论随着现代制造业的规模逐渐扩大，自动化程度愈来愈高。要保证产品质量，对产品的检测和质量管理都提出了更高的要求。我们为此要设计一种精度的检测位移的仪器。电感测微仪是一种分辨率极高、工作可靠、使用寿命很长的测量仪,应

2、用于微位移测量已有比较长的历史.国外生产的电感测微仪产品比较成熟,精度高、性能稳定,但价格昂贵.国内生产的电感测微仪存在漂移大、工作可靠性不高、高精度量程范围小等问题,一直与国外的传感器水平保持一定的差距.在超精密加工技术迅猛发展的今天,这种测量精度越来越显得不适应加工技术发展的需求.该文针对这些问题,对电感传感器测量电路进行了一定的设计和改进.对电感测微仪的正弦波生成电路、交流放大电路、带通滤波电路、相敏检波电路等进行分析及相应设计。第一章基于电感传感器的微位移测量系统概述电感微位移传感器是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感或互感系数的改变来实现非电量(主要是位移)测量

3、的低本、高精度测量仪，因为其分辨力高、使用寿命长、工作性能稳定，应用于微位移测量己经有很长的历史，进行高精度微位移测量时选用电感位移传感器已经成为一种共识。此设计采用差动变压器的激励电源电路和相敏检波电路等，以达到测量微小位移的目的。设计要求：测量范围0.1~0.5mm；32基于电感传感器的微位移测量系统设计综合测量误差小于1%；测量结果LCD实时显示；配备无线数传功能；第一章设计思路该系统主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大器、相敏检波器、A/D转换、LCD显示及单片机系统。正弦波振荡器为电感式传感器和相敏检波器提供了频率和幅值稳定的激励电压，正弦波振荡器输出的信号加到测

4、量头中由线圈和电位器组成的电感桥路上。工件的微小位移经电感式传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发生相对的变化。当衔铁处于两线圈的中间位置时，两线圈的电感量相等，电桥平衡。当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下线圈的电感量则增加。交流阻抗相应地变化，电桥失去平衡从而输出了一个幅值与位移成正比，频率与振荡器频率相同，相位与位移方向相对应的调制信号。此信号由相敏检波器鉴出极性，得到一个与衔铁位移相对应的直流电压信号，经放大和A/D转换后输入到单片机，经过数据处理进行显示。32基于电感传感器的微位移测量系统设计第

5、一章使用模块及相应硬件概述3.1电感传感器传感器是获取被测量信息的元件，其质量和性能的好坏直接影响到测量结果的可靠性和准确度，衡量其质量的特性有许多，主要包括静态和动态两个方面。当被测量不随时间变化或变化很慢时，可以认为输入量和输出量都和时间无关。表示它们之间关系的是一个不含时间变量的代数方程，在这种关系的基础上确定的性能参数为静态特性；当被测量随时间变化很快时，就必须考虑输人量和输出量之间的动态关系。这时，表示它们之间关系的是一个含有时间变量的微分方程，与被测量相对应的输出响应特性称为动态特性。电感式位移传感器是把被测移量转换为线圈的自感或互感的变化，从而实现位移的测量的一类

6、传感器。它具有灵敏度高、分辨力大，能测出±0.1um甚至更小的线性位移变化和0.1度的角位移,输出信号比较大,电压灵敏度一般每毫米可达几百毫伏,因此有利于信号的传输.测量范围为±25um-50mm,测量精度与电容式位移传达室感器差不多,但是它的频率响应较低,不宜于高频动态测量。电感式传感器有非常广泛的用途。例如：可测量弯曲和偏移；可测量振荡的振幅高度；可控制尺寸的稳定性；可控制定位；可控制对中心率或偏心率。32基于电感传感器的微位移测量系统设计将被测量的非电量转换为互感变化量的传感器称为互感式传感器。这种互感式传感器是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组都用差动形式连接，故

7、有被称为差动变压器式传感器，简称差动变压器，在这种传感器中，一般将被测量的变化转换为变压器的互感变化，变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则互感应出电动势。差动变压器结构有变隙式、变面积式和螺线管式。电感传感器具有以下优点：结构简单可靠、输出功率大，抗干扰能力强，对工作环境要求不高，分辨力较高（如在测量长度是一般可达0.1μm），示值误差一般为示值范围的0.1%-0.5%，未定性好。但它的缺点是频率响应低，不宜用于快速动态测量。一般来说，电感传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范围大