感測技術(shù)課程設(shè)計-互感式位移檢測設(shè)計.docx

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除目 錄1.緒論22.方案的論證及選擇32.1方案一：基于單片機(jī)的互感式位移檢測32.2方案二：差動變壓電路位移檢測43.單元電路模塊的設(shè)計43.1位移檢測電路53.2整流濾波電路63.3小信號放大電路63.4AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路74.整體電路圖85 電路的仿真與調(diào)試96 體會10參考文獻(xiàn)111. 緒論隨著計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)與控制已基本實現(xiàn)微機(jī)化，設(shè)備體積趨向小型化，這也同樣要求與繼電保護(hù)和控制設(shè)備接口的外部測量部分小型化和弱電化。傳感器是指能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理,通過線圈自感和互感的變化,實現(xiàn)非電量電測來進(jìn)行工作的, 互感型傳感器的工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，將被測位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化。由于常采用兩個次級線圈組成差動式，故又稱差動變壓器式傳感器。它常用來測量位移、振動、壓力、比重等物理參數(shù)。由于它具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、壽命長、使用范圍廣等特點,因此得到廣泛的應(yīng)用。目前，能夠測量位移量的傳感器種類很多，其中 線性變壓器式位移傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、測量線性范圍大，在許多行業(yè)的位移測量系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用。2.方案的論證及選擇2.1方案一：基于單片機(jī)的互感式位移檢測 該方案按照差動變壓器的原理，首先需要在調(diào)理電路中一次繞組供電的電壓，然后通過相敏解調(diào)電路與濾波電路，將二次電壓轉(zhuǎn)換成直流信號，其次，信號再通過低通濾波器濾除高頻雜波，經(jīng)運算放大器放大后送到A/D轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)單片機(jī)處理后用數(shù)碼管顯示。整體思路圖如圖2-1.51單片機(jī)數(shù)碼管控制 A/D轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 顯示 模擬量輸入 傳感檢測電路 圖2-1.基于單片機(jī)的位移檢測方案原理圖2.2方案二:差動變壓電路位移檢測 該方案的整體思路為用可消除零點殘留電壓的差動變壓電路作為測量電路，再經(jīng)過整流濾波，然后再用放大電路將小信號放大后接A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，再在數(shù)碼管上顯示位移變化量。大概思路流程圖如圖2-2A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示整流濾波信號放大位移檢測 圖2-2.差動變壓電路位移檢測原理圖方案討論：方案一由于采用動態(tài)掃描顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換，都需要單片機(jī)實時進(jìn)行控制，所以系統(tǒng)程序的時序要求較強(qiáng)，同時A/轉(zhuǎn)換器采樣數(shù)據(jù)需要進(jìn)行均值計算，將消耗大量的系統(tǒng)資源和運算時間，程序的各模塊的邏輯和時序關(guān)系復(fù)雜。方案二思路簡單明了，具體設(shè)計起來比較簡易，若與所學(xué)課本知識結(jié)合起來便能如魚得水，能深化課本知識，操作簡易。綜上所述，應(yīng)選擇方案二進(jìn)行具體設(shè)計。3.單元模塊電路設(shè)計及參數(shù)計算3.1位移檢測電路 圖3-1.位移檢測電路如圖3-1所示，該電路主要由差動變壓器組成，差動變壓器中間的鐵芯接被測物體，當(dāng)物體有位移量變化時，中間鐵芯上下移動，當(dāng)初級繞組接入交流電源后，由于互感作用兩個次級繞組分別產(chǎn)生不等的電動勢，輸出電勢為 圖中的R1和R8是為了消除零點殘留電壓的補(bǔ)償外電路。3.2整流濾波電路 圖3-2濾波整流電路如圖3-2，該整流濾波電路的整流部分用的是全波整流橋，整流橋由四個二極管組成，濾波部分用的是簡單的R-C濾波，將交流信號處理為直流信號，Vo0.9Vi。3.3小信號放大電路 圖3-3小信號放大電路如圖3-3所示，該電路主要由運放U1及R1、R2、R3組成，輸入信號由R3接入該電路，該電路的電壓增益為K=1+R1/R2=11.該電路能將檢測電路檢測的較小的交流電壓放大11倍，放大成較大的交流電壓，以方便后續(xù)操作。3.4 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 圖3-4 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 如圖3-4所示，該AD轉(zhuǎn)換電路主要由ADC芯片及74LS48芯片組成，當(dāng)電壓輸入vin端時，ADC芯片將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)過74LS48芯片譯碼后在數(shù)碼管上顯示出電壓值的大小。 4.整體電路圖 圖4 整體電路圖5.電路仿真與調(diào)試 本設(shè)計采用MULTISIM 11.0進(jìn)行仿真操作，各部分電路連接完畢，按下運行開關(guān)，當(dāng)鐵芯處于中間部位時，用電壓表測得差放電路輸出端為0，數(shù)碼管顯示也為0。稍微移動差動放大器中鐵芯的位置后固定，用示波器及電壓表課測得整流濾波前后檢測信號的變化，如圖6-1，經(jīng)觀察波形可得整流濾波電路達(dá)到預(yù)期目的，再用直流電壓表檢測小信號放大電路放大前后的電壓值，如圖6-2，從圖中課觀測得，放大電路的放大倍數(shù)為K=11.931.094=11，和理論值相同，則說明，小信號放大電路運行正常。然后觀測數(shù)碼管顯示電路，用直流電壓表測得輸出電壓為12V，觀測A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)碼管所顯示的值也為12，如圖6-3，則說明AD轉(zhuǎn)換部分也沒有問題，位移為12個單位。 圖6-1.整流濾波前后信號的變化 圖6-2 小信號放大電路放大前后電壓值 圖6-3 數(shù)碼管顯示7.心得體會通過一個星期的學(xué)習(xí)與實踐，我對傳感器的認(rèn)識有了進(jìn)一步的飛躍。這些知識源于書本，在以后的實踐工作的方面有著指導(dǎo)的意義，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義；實踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實踐中得到檢驗的。沒有足夠的動手能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。在這一次的課程設(shè)計中，我鍛煉了自己的實踐技巧，提高了自己解決問題的能力。我覺得自己在以下幾個方面與有收獲：1、對傳感器的理論知識有了更系統(tǒng)了解。我們了解到了連接電路元件的技巧、傳感檢測電路的工作原理與組成元件的作用等。這些知識從書本中來，更運用與實踐當(dāng)中，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義。 2、對自己的動手能力是個很大的鍛煉。在這一次的傳感與檢測的課程設(shè)計中，我鍛煉了自己動手技巧，提高了自己解決問題的能力。雖然在實習(xí)中會遇到難題，但是從中我學(xué)到了很多，使自己的動手能力也有所提高，我想在以后的理論學(xué)習(xí)中我就能夠明白自己的學(xué)習(xí)方向，增進(jìn)專業(yè)知識的強(qiáng)化。參考文獻(xiàn)1 謝自美.電子線路設(shè)計.測試.仿真.北京：高等教育出版社，2009年。2 伍時和.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2009年