位移电涡流传感器测量电路设计.docx
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位移电涡流传感器测量电路设计
位移电涡流传感器测量电路设计-)
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Matlab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
一、设计目的1
二、设计任务与要求1
2.1设计任务1
2.2设计要求1
三、设计步骤及原理分析1
3.1设计方法1
3.2设计步骤2
3.3设计原理分析6
四、课程设计小结与体会6
五、参考文献6
信号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、信号稳定度高等优点。
采用AD9850与单片机产生正弦信号,经滤波、功率放大等处理后送给传感器。
AD9850与单片机组成的信号源电路,在参考时钟为125MHz下,输出频率分辨率可达0.029Hz。
3.2.4前级放大电路
电涡流位移传感器是将位移量转化为电信号,由于信号为变化缓慢的非周期信号,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。
3.2.5检波滤波电路
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,得到与交流电压信号幅值变化相对应的直流电压信号。
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
3.2.6指数补偿电路
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Vref1、Vref2及后面Vref3均由低噪声、低漂移、精密电压基准MAX6250提供;开关二极管D3保证输出电压的单一方向,即V3>0,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A6、A7与三极管Q1、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,面积为(200*200)mm2的钢板作为被测导体,当钢板移动时,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Vomax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、参考文献
[1]邵东向,郭华.电感式位移传感器线性补偿技术.传感器技术,1999
[2]邵爱霞,赵辉,刘伟文.定频调幅式电涡流传感器电路及其在防水数显卡尺中的应用.计算机测量与控制,2005
[3]邰健杨,朱惠忠.大量程电涡流位移传感器线性化电路研究.仪表技术与传感器,1998
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- 关 键 词:
- 位移 涡流 传感器 测量 电路设计