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1、30仪表技术与传感器2002年电容式位移传感器转换电路的设计张斌斌,丛培田(沈阳工业学院机械工程分院,辽宁沈阳 110016)摘要:介绍一种用于动平衡分析仪差动电容式位移传感器信号转移电路。利用差动测量技术,将由振动引起的微小电容变化量转化成交流电压信号。电路由差动放大电路、正弦信号发生器、模拟乘法器和二阶低通滤波器组成,该电路线路简单、集成度高、便于调试。通过电压转换电路可以将-10～+10V的输出电压转变成为0～5V的电压,便于带有A/D转化电路的单片机系统直接进行A/D转换,简化了电路设计。实验表明该转换电路具有较好的线性和抗干扰性。关键词:电容传感器;
2、动平衡;电路;差动测量中图分类号:TP21219 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2002)11-0030-02DesignofTransformCircuitforVibrationCapacitanceSensorZhangBinbin,CongPeitian(FacultyofMechanicalEngineering,ShenyangInstituteofTechnology,Shenyang110016,China)Abstract:Atransformcircuitofcapacitancesensorfordynamicbala
3、nceinstrumentwasgiven.Byusingamethodofdiffernetialmeasurement,itiscanbeusedtodetectalowcapacitancechangescausedbyvibration.Thecircuitisconsistedofdifferentialamplifiercircuit,Signalgenerator,Analogmultiplerandlow-passFilter.Thecircuitissimpleandtheinte2grationisgood.Thevoltageconver
4、tedinto0～5Vusingconveringcircuitcanbeuseddirectlybymicroprocessor,andcon2vertedintodigitalsignalsbyA/Dconverting.Sothissimplifiesthedesignofthecircuits.Thetestshowedthatthiscircuithadagoodlinearcharactreandanti-jamming.KeyWords:CapacitanceSensor;DynamicBlance;Circuit;DifferentialMea
5、surement1 引言Δx,引起差动电容传感器C1、C2的差动变化ΔC,ΔC11电容传感器被广泛用于多种测试系统中,可以将非=k1·Δx,此时C1=C-ΔC,C2=C+ΔC电参量,如位移、压力、物质成分等参量转换为与电容变交流电桥的平衡被破坏,Vef电压输出,其幅度与化有对应关系的一类传感器。动平衡测试中选用了自电容的变化量成正比。经过差动放大制的电容式位移传感器,它具有非接触测量、低频增益Vb=k1k2ΔxAcos(ωt)高、结构简单、灵敏度高、动态响应特性好、稳定性好等式中:k1,k2为比例系数;A为激励信号幅值;ω为激优点。由于其输出的是电容变化量,如
6、何将其准确地转励信号角频率;Vb为被测量Δx的高频调制信号。换为电压信号至关重要,它直接关系到后续测量的准确Va,Vb通过模拟乘法器相乘得到Δx的解调信号Vc:22性。由于二极管交流电桥的非线性误差大,且二极管存Vc=k1k2k3ΔxAcos(ωt)=在截至电压,在测量微小位移时误差太大,设计了由差2015k1k2k3ΔxA[1+cos(2ωt)]动放大器、模拟乘法器和二阶低通模拟滤波器组成的转式中k3为乘法器系数。换电路,并获得了满意的精度指标。这种转换电路对应Vc包含与被测量Δx成正比的低频电压信号和激励变片传感器和电感传感器有很好的参考作用。信号二倍频信
7、号。当低通滤波器Vc的激励信号二倍频信2 电路原理号被滤掉,剩下V2d=015k1k2k3ΔxA,实现了被测量Δx211 转换电路工作原理到电压信号的转变。如图1所示,电容式位移传感器由两个固定极板和一个有弹性支撑的可动极板组成。其中可动极板是一个二阶动力学系统,一般固有频率ωn=3114(1/S)。当传感器与被测物一起沿着X方向振动且当ωmωn时,有X01=-X0,质量块M相对于壳体的相对位移图1 电容式位移传感器转换电路原理图X01的大小与被测对象的振动位移X0相等。两个固定212 正弦信号发生电路极板与可动极板形成两个电容C1、C2,C1、C2与R1、正
8、弦信号发生电路结构如图2所示,运放U1
