毕业论文——微小位移测量系统

摘 要电感测微仪是一种分辨率较高、工作可靠、使用寿命很长的测量仪，应用于微位移测量己有比较长的历史。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。本设计针对中原仪器厂DFG-5型峰值电感测微仪，对其电感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、交流分档放大电路、带通滤波电路、相敏检波电路、数据采集电路等进行了精确的分析和相应的设计,并提出了必要的改进措施。主要在电路的制作与调试方面，从电路的合理布局与布线、电子元器件的选择与安装、电路的调试等方面做了，并通过软件实现数据处理,使测量精度得到进一步的提高的可能。通过一系列的测试实验,对传感器的性能进行了一定的评价。实验表明，电感测微仪性能比较稳定，简化了制造工艺，增强了数据通信处理能力，达到数字化改造的目的。关键词: 电感测微仪；单片机；数字信号发生器；相敏检波；串口通信 Micrometer displacement measuring systemABSTRACTInductance micrometer is a kind of relative high resolution, reliable operation, long service life measuring instrument, has a relatively long history used in micro-displacement measurement. Domestic production of inductance micrometer to drift, work reliability is not high, high-precision range of small issues and so on. This design is based on the Central Plains Instrument DFG-5-type peak inductor micrometer. its inductance measurement circuit has been improved. The inductance micrometers Sine-wave generating circuit, amplifier, band-pass filter circuit, phase-sensitive det- ection circuit, data acquisition circuit was redesigned base on theoretical analysis and experiment. Mainly work in the circuit fabrication and commissioning, the rational distribution and wiring from the circuit, the selection and installation of electronic components, circuit debugging and so do, and through software for data processing, the measurement accuracy may be further improved. Through a series of test experiments, the performance of the sensor, which must be evaluated. Experiments show that inductance micrometer relatively stable performance, simplifying the manufacturing process, enhanced data communication processing capability to meet the digital transformation purposes.Key words: Inductance micrometer；Microprogrammed Control Unit；Digital signal generator；Phase sensitive detector； Serial communication绪论第一章 绪论1.1 国际精密加工测量技术概况精密技工技术作为机械加工行业的尖端领域，随着电子技术的发展相关仪器仪表更加智能化和微型化。目前，精密加工已从单一的技术方法发展为智能制造系统的最重要组成部分。其中测量技术是实现精密工的前提和保证。加工的过程中要对被测件的质量进行检测，还要对检测的信号进行数字化处理，反馈到控制系统，保证加工的质量。位移量的的测量已成为精密技工系统的至关重要的环节。1.2 电感测微仪及现状分析在精密加工技术迅猛发展的今天，测量技术水平、测量精度的不断提高显得尤为重要，而国内的精密加工现状，如何降低测量技术成本和降低加工成本，使之能够在工程实际中的到更广泛的应用，并降低对环境和操作水平的要求是目前需要解决的问题。因此设计通用想好、价格便宜、数字化程度高的测量仪器，避免单纯提高而付出的昂对代价，对国内更有意义。电感测微仪是一种建立在电磁感应基础上，利用线圈的自感或者互感系数的改变来实现非电量（主要是位移）测量的是低成本、高精度测量仪。电感测微仪具有很高的分辨率、很长的使用寿命、线性和稳定性较好、结构简单、输出功率大 、阻抗较小、抗干扰能力强且价格便宜、安装简单、对工作环境要求不高，因此在精密加工领域得到非常广泛的应用。电感测微仪主要用于接触式测量，在精密测量中既可以单独使用也可以多个传感器一起使用。单独使用时，一般用来测量单方向的微小尺寸，多个使用时一般用来测量工件和机床的个各种形状误差。在精密测量中配以相应的的测量装，可以实现长度、形状、振动精密等。本设计针对DFG-5型电感测微仪进行数字化改造，以达到在理论和实践上的尝试。1.3 基于微机的测量仪表设计任务对于国内测量仪器发展历史和发展状况进行分析，对测量仪器的主要要求为精度要求、可靠性要求、经济性要求。（1） 精度要求对于测量仪表首先具有高精度，即要求测量装置能准确地测量被测对象的状态和参数，这是获得高质量产品的前提和基础。测量电路的设计与制作、运行软件都会印象整个仪器的测量精度。（2） 可靠想要求面向具体的工作环境，测量仪表的可靠性和安全性也必须考虑的一项要求。影响仪表正常工作的因素诸如电网电压、温度、湿度、振动等外部因素外，主要的内部因素：电子元器件的性能和可靠性、电子元器件的安装和电路的调试、二次测量电路的设计与软件的运行。（3） 经济性要求面向国内的具体情况，经济性也是具体要考虑的要求。一个成本高昂的电路难以获得广泛的应用，希望能在满足性能要求的情况加尽量简化电路，合理设计电路，能在不对器件提出过分要求的情况下获得良好的性能。1.4 毕业设计的内容本设计针对于国内的电感测微仪存在的普遍问题，从精度、可靠性、经济性要求的角度，合理的设计电感测微仪的测量电路，希望从电路的设计、制作、调试以及软件等方面提高电感测微仪的精度、抗干扰性，降低生产成本。具体的任务有：1) 电感传感器测量电路的设计制作与调试2) 数据的处理，利用软件的灵活性对采集数据中的随机误差和系统误差进行处理3) 传感器的性能分析和评价3第二章 电感测微仪测量电路的设计与改进2.1电感传感器的工作原理2.1.1 电感传感器的实现方式及各自的特点电感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变化原理来实现非电量电测的传感器。传感器测头检测到被测物体的位移，通过测杆带动衔铁产生移动，从而使线圈的电感或互感系数发生变化，电感或互感信号再通过引线接入测量电路进行测量。当传感器用自感原理时，首先把被测量的变化转化为自感L的变化，自感L接入不同的测量电路就可以转换成电信号输出。自感L又称电感，人们习惯上称谓的电感式传感器(LVIT)就是特指这一种。当用互感原理时,主要的一种常做成差动变压器形式,这时一侧线圈要用固定电源激磁,它与两个二次侧线圈间互感M的变化可导致二次侧线圈产生电压信号输出。因为它具有差动变压器的形式,故习惯上称为差动变压器式传感器(LVDT)。此外,还有利用电涡流原理的电涡流式传感器,利用压磁原理的压磁式传感器,利用互感原理的感应同步器等。本文论述的就是利用线圈的自感原理实现非电量测量的自感式传感器(LVIT)。根据磁路的基本知识,线圈的自感可按下式计算L=其中N线圈的匝数R磁路总磁阻数在气隙厚度较小的情况下,可以认为磁场是均匀的,若忽略磁路铁损,则总的磁阻为其中 各段导磁体的长度各段导磁体的磁导率各段导磁体的截面积空气隙的厚度真空磁导率空气隙截面积因此，线圈的电感跟空气隙的厚度、空气隙的面积、导磁体的长度等有关。根据改变空气隙的厚度、空气隙的面积、磁体的长度来实现电感的变化,从而实现测量的工作原理,自感式电感传感器可分为气隙型、截面型、螺管型。气隙型截面型螺管型1一线圈，2一铁心，3一衔铁。气隙型传感器灵敏度高，对后续测量电路的放大倍数要求低，它的缺点是非线性严重，为了限制非线性，示值范围只能较小，由于衔铁在运动方向上受铁心的限制，故自由行程小。截面型具有较好的线性，自由行程较大，制造装配比较方便，但灵敏度较低。螺管型则结构简单，制造装配容易，由于空气隙大，磁路的磁阻高，因此灵敏度低，但线性范围大；此外，螺管型还具有自由行程可任意安排、制造方便等优点，在批量生产中的互换性较好，这给测量仪器的装配、调试、使用带来很大的方便，尤其在使用多个测微仪组合测量形状的时候。因为螺管型的这些优点,所以我们采用螺管型差动式电感测头。2.1.2 螺管型电感传感器的结构及工作原理分析2.1.2.1差动式的结构及工作原理对于差动式螺管型传感器的结构如图图 差动式传感器结构若=，则其沿轴向的磁场强度为用曲线表示如下图 差动式线圈磁场强度与位移由曲线表明:当铁芯的长度取为0.6L时,则铁芯工作在H曲线的拐弯处,此时沿轴向的磁场强度变化小，认为磁场均匀。若铁芯向其中一个线圈移动时,则该线圈的电感增加，而另一个线圈的电感减少,则和大小相等，符号相反,其值为所以传感器的差动输出为：由上式表明:1 差动式比单线圈式其灵敏度提高了一倍;2 要提高灵敏度,应使线圈与铁芯尺寸比值和 尽量小，但另一方面尺趋向于1时,由图 可知，传感器的非线性误差会增加；3 选用铁芯的导磁率产，大的材料也可以提高灵敏度；4 与成正比。若被测量与，成正比,则与被测量也成正比。但实际上, 由于磁场强度分布的不均匀性,输入量与输出量之间的关系是非线性的。采用差动式结构,除了可以改善非线性、提高灵敏度之外,对电源电压、频率波动以及温度变化等外界影响也有补偿作用,从而可以提高测量精度。螺旋管差动式电感侧头的结构主要由：它主要由测头10、衔铁3、以及两个电气参数和磁路完全相同的线圈2和4组成。测头10与被测物体直接接触,当被测物体产生微小的位移时,测头10通过测杆8带动衔铁在电感线圈2和4中产生移动,使其中一个线圈的电感增加,另一个线圈的电感减少,形成差动结构。其中9为防尘外罩,7为滚珠导轨,1为引线,5为使测杆复位的弹簧。图1 电感测量头的结构等效电路示，其中R c拜师铜线圈的内阻，re和Rh 分别表示电感线圈的涡流损耗，C电容反映了线圈的容抗，激励电源的工作频率需要考虑该问题。两电感线圈的阻抗为：Z=R+jL，其中。测量电路中，最常用的是变压器电桥。如图3所示，它从变压器的中心抽头，把次级分为两个绕组接入是电桥成为对称的两臂，当次级线圈来那个电感系数相同时U1=U2=。当两线圈间的衔铁发生位移的时候电感系数变化，电压差U。电感线圈的角频率，在某位置的电感量为L，则在输出端的值为电感线圈等效电路变压器电桥电桥电源的幅值和频率直接影响传感器的。因此,电感传感器激励电源的质量对整个测量系统的稳定性和精度是很关键的。2.2 电路总体设计电感传感器的测量电路主要包括正弦波生成电路、变压器电桥、交流放大电路、滤波器A/D采样电路、工/0及计算机部分，如图 所示。由DDS数字信号发生器产生频率稳定的正弦波信号，然后经过低通滤波，滤除其中的高频杂波并且起到缓冲放大的作用，作为激励电源供给变压器电桥。当测量头检测工件使测杆产生微位移时，电桥平衡改变，作为激励电源提供给变压器电桥。当测头检测工件使测杆产生微位移时,电桥平衡改变,输出含有被检测工件位移信息的正弦调幅波,信号经分档、交流放大、带通放大后，送入到模数转换器，进入MCU然后传输到计算机进行进一步的处理。2.3 正弦波发生电路的设计2.3.1 DDS构成激励信号源的质量对整个系统的稳定性和精度至关重要。采用有源石英晶振和AD9850构成的信号源，可以再保证精度的前提下，使时钟源有较大的灵活性。石英晶体的物理特性十分稳定，现在生产的石英晶体的频率稳定度可达30ppm.在-30度70度的仍能保持较高的稳定性。AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。如 图所示。图 AD9850内部结构AD9850内含可编程DDS 系统和高速比较器，可实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器，由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N 一般为2432。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0360范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动DAC 输出模拟量。相位寄存器每过2N/ M 个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相应地正弦查询表每经过一个循环也回到初始位置，从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波频率fout = M*fc/ 2的N次方（fc 为外部参考时钟频率）。AD9850 采用32 位的相位累加器将信号截断成14 位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10 位后输入到DAC ，DAC 再输出两个互补的电流。DAC 满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节，典型值3.9。将DAC 的输出经低通滤波后接到AD9850 内部的高速比较器上即可直接输出方波。在125MHz 的时钟下，32 位频率控制字可使AD9850 输出频率分辨率达0. 0291Hz 。2.3.2控制方式D9850有40 位控制字，32 位用于频率控制（低32位），5 位用于相位控制，1 位用于电源休眠( Powerdown) 控制，2位用于选择工作方式。这40 位控制字可通过并行或串行方式输入到AD9850 。在并行装入方式中，通过8 位总线D0 D7将数据输入到寄存器，在W - CL K 的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，在重复5 次之后再在FQ - UD 上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/ 相位数据寄存器(更新DDS 输出频率和相位) ， 同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。AD9850的复位(RESET) 信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率（小厮所用为单片机89C51，使用12M晶振）， 因此AD9850的复位(RESET)端可与单片机的复位端直接相连。2.4 可控增益放大模块放大模块由LF356组成的前置放大模块 和 VCA810组成的可控增益放大模块组成。VCA810是直流耦合宽带连续可变电压控制增益放大器。它提供了差分输入单端输出转换，用来改变高阻抗的增益控制输入超过- 40DB增益至+40 dB的范围内成dB/ V的线性变化。在电源电压为5V的情况下，将调整为VCA810的增益控制电压在0V输入- 40DB增益在-2V输入到+40 dB。增益控制曲线如前如图 所示。通过单片机所带的12为内置DA，可以实现的步进增益控制。出色的共模抑制，并在两个高阻抗输入的共模输入范围允许VCA810提供差分接收器的操作与增整。以地为参考的输出信号。零差分输入电压给出了一个很小的直流偏移误差0V输出。低输入噪声电压确保在最高增益设置好输出信噪比。在实际应用中脉冲前沿的信息是至关重要的和正在使用的VCA810以平衡不同的信道损耗，群延迟变化最小增益设置将保留优秀的脉冲边沿信息。图 VCA810压控放大电路2.5 相敏检波2.5.1相敏检波原理相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。 相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而辨别被测量的变化方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。从电路结构来看相敏检波电路的主要特点是，除了所需的解调信号外，还要输入一个参考信号。有了参考限号就可以用来鉴别输入信号的的相位和频率。相敏检波电路与滤波器配合可将条幅波还原成原信号波形，起到解调作用。调制与解调过程（波形转换）的过程。为了使相敏检波器能共正常工作，其参考电压Ur与测量限号电压Ux应满足一下几个条件1. 频率特征：调制信号 与参考信号必须完全相同2. 幅度特征：UrUx,在实际的应用中至少10倍，频率距离越远包络的特性越好，并且方便滤波器设计。3. 相位条件：最好是同向或者反向，这一点若不能严格尊谁，相敏检波器仍能工作，但性能会有一定影响。低通滤波电路为了消除高频噪声，对放大后的信号进行滤波，滤波器的的截止频率为正弦波的载波频率，电路设计采用2.6 MSP430F169核心控制系统控制系统由MSP430F169单片机为核心，包括了复位、时钟电路和按键输入外围电路。MSP430F16x系列是超低功耗Flash型16位RISC指令集单片机。它采用冯-纽曼结构，RAM、ROM和全部外围模块都位于同一个地址空间内。MSP430F16x单片机的设计结构完全以系统低功耗运行为核心。它的体系结构由五种低功耗模式组成，最优化延长电池寿命以利于便携式的测量应用。MSP430 x15x/16x/161x 系列是微型控制器配置与二个固定16 位定时器, 8路快速的12 位A/D 转换器, 双路12 位D/A 转换器,两个通用连续同步/非同步通信接口(USART)， I2C 、DMA, 和48 个I/O 引脚。芯片资源：1.定时器B7 (仅MSP430 x16x/161x)：定时器B7是带有七种捕获比较记数器的16 位定时器/记数器。 定时器B7 支持倍数捕获比较, PWM 输出, 和间隔定时。 定时器B7 并且有强大的中断能力。中断可在记数器在溢出时和各捕获比较记数器引发。2比较器A：比较器A 模块的主要作用将支持精精密的斜率模数转换,电池电压监控, 和外模拟信号监视。3. ADC12： ADC12 模块支持快速12 位模数转换。 模块使用12位SAR生核心, 采样选择控制, 参考发电器和16 个字节的转换和控制缓冲。 转换和控制缓冲允许无任何CPU 干预的16 个独立ADC 采样转换和存放。4. DAC12： DAC12 模块是12 位, R 阶数模转换模块, 电压输出 。 DAC12 也能使用在8 或12 位方式,并且可以使用与DMA控制器一起使用。 当多个DAC12 模块存在, 他们可以一起被编组同步操作。在本次设计中直接引用MSP430F169单片机中本模块的D/A 转换功能。5.DMA控制器：DMA控制器允许数据不经CPU 干预从一个存储地址移动到另一个。例如, DMA控制器能被使用从ADC12转换存储数据到RAM。使用DMA控制器能增加外围模块流量。DMA控制器通过允许CPU在没有数据移动到外围器件时保持在睡眠方式而不唤醒以减少系统功耗。6.晶振和系统时钟：时钟系统在器件MSP430 x15x 和MSP430 x16x(x)由32768 赫兹晶体控制振荡器、内部数控晶振的基本的时钟模块 (数控晶振) 和高频率晶体控制振荡器组成。基本的时钟模块的设计符合低成本和低功耗的要求。内部数控晶振提供一个快速打开的稳定在6微秒之内时钟源。基本的时钟模块提供以下时钟信号：7系统时钟：辅助时钟(ACLK), 32768 赫兹晶振或一个高频率晶振主要时钟(MCLK), 系统时钟由CPU. 子时钟(SMCLK), 子系统时钟通过外围模块使用。8.数字式I/O：有六个8位I/O 口P1 到P6。所有I/O 位都是独立可编程序的。可进行任一个输入、输出, 和中断状态的组合。中断输入功能由P1 和P2口所有八位端口执行。对端口控制记数器的读写通过指令执行。9.看门狗定时器：看门狗定时器(WDT) 模块的主要作用在软件问题发生之后是控制系统重启。如果到选择的间隔时间, 则引起系统重启。如果看门狗不作用,被用作时间定时器, 在选择的间隔时间引起中断。10.乘法器(仅MSP430 x16x/161x)：乘法操作由一个专用的外围模块支持。不仅支持有符号和无符号乘法，同时支持有符号和无符号倍增和累加操作。操作数被载入外转围记数器之后，操作的结果立即被存储。不需要另外的时钟周期。11. CPU：MSP430 CPU 是16 位RISC对应用程序高度透明的结构。除程序流动指令之外，所有操作都在记数器操作七个寻址模式时执行，以操作数和四个寻址模式为目的操作数。CPU 集成16 位记数器以减少指令执行时间。记数器之间的操作执行时间为CPU 时钟的一个周期。四个记数器, R0 到R3为程序计数器, 堆栈指针, 状态寄存器,和恒定的发电器，记数器通用寄存器。外围器件被连接到CPU 使用数据,地址和控制总线, 并且能被所有指令处理。指令组：指令组包括51 条指令与三种格式和七个寻址方式。 每条指令在字和字节数据之间操作。工作方式： MSP430 有一个有活动模式和五种软件可选择的低功率运行方式。中断事件可能触发器件服务请求恢复到任何五个低功率方式中的任何一个。低功率方式从中断程序返回。以下六种操作方式能被软件设置：12.低功耗活动方式AM：所有时钟有效的。低功率方式0 (LPM0)： CPU 不工作； ACLK 和SMCLK 保留。 MCLK不工作低功率方式1 (LPM1)： CPU不工作。ACLK 和SMCLK 保留。 MCLK不工作数控晶振的 直流发生器不工作如果数控晶振 没被使用在活动方式。低功率方式2 (LPM2)： CPU 不工作， MCLK 和SMCLK 不工作数控晶振的 直流发生器保留使能ACLK 保留活动。低功率方式3 (LPM3)：CPU 不工作，MCLK 和SMCLK 不工作，数控晶振的 直流发生器不工作，ACLK 保留。低功率方式4 (LPM4)： CPU 不工作，ACLK 不工作，MCLK 和SMCLK 不工作，数控晶振的 直流发生器不工作，晶振停止。MSP430F169单片机为64引脚封装，48个数字I/O，其中大部分引脚有复用功能。各引脚名称及功能如表所述。2.7 滤波器设计2.7.1 滤波器原理模拟滤波器在预处理电路中几乎是不可少的。滤波器的功能是让指定（有用）频段的信号通过，而对其他频段的信号加以抑制、滤除或使其急剧衰减。在电子测量技术中，常用的滤波方式有低通滤波、高通滤波、带通滤波、带阻滤波、全通滤波（移相）等。滤波器电路按有源无源可分为无源和有源两种。无源滤波器主要包括LC滤波电路和RC滤波电路两种。有源滤波器是由RC网络和运算放大器组成的。RC有源滤波器的使用范围是Q小于1000、频率小于1MHz的滤波。滤波器电路中常用的器件包括：RC器件、LC器件、开关电容（带有高速转换开关的电容）等。根据本系统的特征决定使用有源滤波电路，原因如下：1克服RC无源滤波电路消耗信号能量的缺点，使用放大电路和RC网络组成了有源滤波电路，以提高滤波性能。有源滤波的优点是：2由于不使用电感元件，体积小、重量轻，不需要磁屏蔽。3有源滤波电路中的运算放大器可加电压串联负反馈，可以获得高输入阻抗和低输出阻抗，从而可在输入与输出之间进行很好的隔离。这样可以通过级联的形式得到高阶的滤波器器，不必像LC滤波电路那样需要考虑级间的影响。4可在滤波的同时实现信号放大。2.7.2 滤波器电路结构的选择在实际的应用中，在确定了滤波器类型、近似方式、阶数等参数之后，就进入了很关键的一步：电路拓扑结构的选择。不同的电路结构有着不同的特性：元器件数目、稳定性、敏感性、布线复杂程度。进一步确定滤波器的电路。1 Sallen-Key电路：这是在模拟电子技术和生物医学电子学上推荐和使用的电路结构（VCVS），是最常见的。其电路布局如图14所示。图14 Sallen-Key Topology其特点是：（1）元件数目相对较少；（2）元件值分布范围小；（3）正增益，可调，可获得较高数值和精度的增益； （4）可使用电位器调整滤波器增益；（5）输出阻抗低；（6）特性容易调整；（7）Q值对元件变化的敏感度高（在低Q电路不需要考虑此缺点）。2 MFB电路：MFB（Multiple Feedback，多端负反馈电路）电路又称无限增益多路反馈电路或者Rauch电路。其电路布局如图15所示。图15 MFB Topology其特点是：（1）负增益，可用于需要倒相的场合；（2）通带增益敏感度高，不易于实现精确增益；（3）所用元器件少；（4）特性稳定；（5）输出阻抗低；（6）中心频率易于调整；（7）Q值对元件变化敏感度低（可用于Q较高的带通电路中）。3前馈双二次型电路电路结构如图16所示：图16 前馈双二次型这种电路的特点是：（1）元件数目较多；（2）便于调整；（3）稳定性好。（4）Q敏感性低。综上所述：选择MFB电路作为滤波器电路类型。2.7.3 滤波器设计结果根据需求需要设计设计通频带为1K 和15K的低通滤波器，分别用于解调模块 和DDS信号模块。1. 调制模块低通滤波器解调模块用于将有用信号从10KHz的载波中解调出来，在10KHz是幅度衰减大于40dB，由此设计三阶Butterworth低通滤波器。幅频相应 2 DDS 模块地通过滤波器该模块主要滤除有DDS芯片内部DA的高频信号，对衰减要求不是很高，所以使用二阶Butterworth低通滤波器，截止频率设定为15KHz。.2.8 AD采样与数据传输第三章 电路的抗干扰性设计第四章 数据处理第五章 电感测微仪的测试和评定全文总结致谢参考文献1 张馥生. 电感测微仪检定装置不确定度分析J. 计量与测试技术, 2009, 3: 037. 2 洪小丽, 李涛. 电感测微仪中激励电源的研究J. 组合机床与自动化加工技术, 2007, 5: 4O-42.3 洪小丽. 电感传感器测量电路设计与改进 学位论文D. , 2003.4 王选择, 赵新泽, 谢铁邦. 电感式测微仪的直接数字化处理研究J. 仪器仪表学报, 2005, 26(12).5 袁鸿, 苏勋家. 电感式测微仪智能终端设计J. 计量技术, 2006, 4: 010.6 洪小丽, 戴一帆. 改善电感测微仪二次测量电路精度的措施J. 国防科技大学学报, 2003, 3: 103-106.7 戚新波, 范峥, 陈学广. 高精度电感测微仪电路的设计J. 华北水利水电学院学报, 2005, 26(4): 31-33.8 范江波, 霍海波. 基于 C8051F005 的电感式电子柱测微仪设计J. 电子测量技术, 2012, 35(6): 109-112.9 洪小丽, 黄登红. 精密电感测微仪中的数字相敏检波技术J. 制造技术与机床, 2007, 7: 033.10 洪小丽, 黄登红. 精密电感测微仪中的数字相敏检波技术研究J. 计量技术, 2007, 5: 001.11 刘永松. 数字调幅式电感测微仪系统研究D. 哈尔滨工业大学, 2009.12 洪小丽. 提高电感测微仪测量电路精度的关键技术J. 制造业自动化, 2009, 8: 45-47.13 谭志伟, 马俊龙. 提高电感测微仪精度的软件方法J. 新乡学院学报 (自然科学版), 2008, 2: 023.14 徐振高, 杨曙年. 智能电感测微仪的研制J. 宇航计测技术, 1991, 6: 002.15 张守愚, 俞朴. 智能化高精度电感测微仪J. 传感技术学报, 1988, 1: 007.16中原仪器厂.DFG-5/4型峰值电感测微仪使用说明书17Texas Instruments. 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CI.: G01R 27/26Application number: 88903834.5 Date of filing: 05.05.88 International application number:PCT/EP88/00376International publication number:WO 89/11105 (16.11.89 89/27)CIRCUIT FOR MEASURING VARIABLE INDUCTANCE.Date of publication of application:06.06.90 Bulletin 90/23Publication of the grant of the patent:01.09.93 Bulletin 93/35Designated Contracting States: DE FR GB ITReferences cited:GB-A- 2 059 604GB-A- 2 062 254US-A- 4 477 772Proprietor: ROBERT BOSCH GMBH Postfach 30 02 20D-70442 Stuttgart(DE)Inventor: FISCHER, Werner Bergstrasse 14D-7257 Ditzingen 5(DE)Note: Within nine months from the publication of the mention of the grant of the European patent, any person may give notice to the European Patent Office of opposition to the European patent granted. Notice of oppositionQ.shall be filed in a written reasoned statement. It shall not be deemed to have been filed until the opposition fee fJdhas been paid (Art. 99(1) European patent convention).Rank Xerox (UK) Business ServicesI3. 1 0 / 3. 6/ 3. 3. 1EP 0 371 020 B14DescriptionThe present invention relates to circuits for evaluating a variable inductance and in particular the variable inductance of an inductive displace- ment transducer. Circuits associated with such transducers are disclosed in, for example, DE-A-29 24 093 and DE-A-31 19 162.The transducer, disclosed in the DE-A-29 24093 comprises an oscillator, supplying a fixed in- ductance and a variable inductance, having a com- mon connection point and signal processing means, connected to the common connection point to provide an output signal representative to the value of the variable inductance.The signal processing means comprises am- plifiers, which can be adjusted, to compensate the offset and to determine frequency of the oscillator.In existing circuits a number of problems arise. For example low pass output filters are required which introduce unwanted phase shifts. In addition, there are often stability problems.The present invention seeks to overcome or reduce at least one of the above problems.According to the present invention there are provided inductance evaluating circuits as set out in independent claims 1 and 2.The above circuits have a number of advan- tages. They provide an output signal with a low residual ripple so that a low frequency filter is not required. There are no problems with stability, the circuits are not sensitive to phase shifts and there are only a few component sub-assemblies which affect the accuracy of the circuits.When used in connection with an inductive displacement transducer, high- resolution measure- ment may be achieved. The displacement may be converted by the transducer into an inductance ratio L/Lo which is proportional to displacement and is then converted by the signal-processing circuit into an electric output signal which may take any desired form, e.g. an analogue signal, a binary value or a mark/space ratio.In a preferred embodiment the signal-process- ing means comprises an amplification control cir- cuit comprising means for rectifying the signal from the common connection point, and means for in- tegrating the output of the rectifying means. The rectifying means may comprise a switch which is switchable by a synchronising output derived from the oscillator to receive an input signal directly or via inverting means. The amplification control cir- cuit may further comprise a delay element between the rectifying means and the integrating means, and the output of the integrating means may be supplied to a sample-and-hold circuit the operation of which is controlled by a synchronising output derived from the oscillator or from timing signalgenerating means which also control the first os- cillator.Such a control circuit provides both the output signal Uact f the WhoIe circuit and a control signal V for ensuring that changes in the value of induc- tance L are quickly and accurately followed and that any errors are quickly corrected.In a preferred embodiment, between the com- mon connection point and the amplification control circuit there is connected a circuit for adjusting the signal of the common connection point to a refer- ence d.c. voltage level. The adjusting circuit is preferably constituted by a differential amplifier cir- cuit. This has the advantage of compensating any offset voltages present.A voltage divider may be connected between the first oscillator and the input of the differential amplifier circuit. This has the advantage of detect- ing any breaks in a cable or a short-circuiting to ground of the common connection point.A preferred embodiment of the present inven-tion will now be described, by way of example only, with reference to the accompanying drawings, of which:Fig.1 is a circuit diagram of a prior art arrange- ment;Fig.2 is a circuit diagram of an arrangement in accordance with the present invention; andFig.3 is a signal diagram indicating the signals occurring at various locations within the circuit of Fig.2.Referring now to Fig.1, there is shown a prior art circuit comprising an oscillator 10, a half-wave control device 11, which supplies a synchronising input to a half-wave rectifier 13, and an output drive stage 14. The common connecting point of a fixed inductance Lo and a vari