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感测最终稿范文 感测最终稿武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书目录1引言21.1设计目的21.2设计要求22设计原理32.1测量电路的设计32.2放大电路的设计62.3滤波电路显示电路62.4显示电路设计73电路仿真及调试调试104心得体会125参考文献131武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书1.引言1.1设计目的工程信息的检测技术是信息工程学科一门十分重要的综合性技术，他主要研究各类工程信息的获取、传输及处理。 不同性质的信息需要不同的检测方法，同一性质的信息往往有几种不同的检测方法。 对于温度、湿度、压力、应变、位移、加速度、液位、流量等各种非电量信息，人们普遍采用电测方法；尤其在微电子技术和计算机技术高度发达的今天，非电量的电测技术呈现出许多明显的优势。 非电量的电测方法是把待测的非电量，通过特定的敏感器件或装置变换成相应的电信号，这些电信号再经过一定的测量或调理电路进行放大、整形及转换后送入终端装置记录、指示或处理，即用电工活电子测量的方法实现非电量的检测。 感测课程设计需要我们掌握和运用基本的感测原理及运放电路结构，各部分功能及其相互联系、相互作用，并要熟悉基本的图形知识，才能独立把电路设计出来。 因而对于我们提传感与检测的实际运用具有很大的帮助，让我们对在实践中真正巩固了传感与检测技术这门重要的课程，并最大限度的发挥我们的创造性1.2设计要求设计一个互感式加速度（振动）检测的传感系统:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.根据题目选择合适的传感器，设计总体实现方案。 2.对所采用方案的原理进行阐述，并以设计转换电路。 3.设计信号调理或放大电路。 4.查阅至少5篇参考文献。 5.按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。 全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 2武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书2.设计原理该设计要求传感系统将待测的非电量（位移）转换为电量，并将所得的电量转换为人可识别的形式（数码管的数字显示）。 使用互感式电感传感器来实现测量模块总体框图如图2.1。 图2.1设计总框图2.1测量电路设计检测电路使用差动变压器来实现。 差动变压器的工作原理类似变压器的工作原理。 它主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等组成。 一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化。 由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。 图2.1.1为差动变压器的结构示意图。 差动变压器工作在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图2.1.2所示。 图U1为一次绕组激励电压；M 1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感L 1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L 21、L22分别为两个二次绕组的电感；R 21、R22分别为两个二次绕组的有交电阻。 3武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书图2.1.1差动变压器的结构示意图图2.1.2差动变压器的等效电路对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。 由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。 当衔铁移向二次绕组L21一边，这时互感M1大，M2小，因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应电动势，这时差动输出电动势不为零。 在传感器的是量程内，衔动移越大，差动输出电动势就越大。 同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。 因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。 差动变压器的输出特性曲线如图2.1.3所示.图中E 21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势x表示衔铁偏离中心位置的距离。 其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。 E0为零点残余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所赞成的。 图2.1.3差动变压器输出特性4武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书经过整流后有 （1）当动铁处于中间位置时，磁阻Rm1=Rm2,即互感M1=M2，故此时输出电压U=0。 （2）当动铁上移时，磁阻Rm1M2，则此时输出电压URm2,则M10。 零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。 为了减小零点残余电动势可采取以下方法I.尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电气参数玫磁路的对称。 磁性材料要经过处理，消除内部的残余应力，使其性能均匀稳定。 II.选用合适的测量电路，如采用相敏整流电路。 既可判别衔铁移动方向双可改善输出特性，减小零点残余电动势。 III.采用补偿线路减小零点残余电动势。 图2.1.4是几种减小零点残余电动势的补偿电路。 在差动变压器二次侧串、并联适当数值的电阻电容元件，当调整这些元件时，可使零点残余电动势减小。 图2.1.4减小零点电路5武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书2.2放大电路设计差动自感传感器的输出信号很弱，需要用信号放大电路予以放大。 传感器采用了电桥测量电路，把传感器的输出与运算放大器结合，就构成了电桥放大器。 通过放大器将输出信号放大才能正常显示测量数据。 本次系统设计采用的是电桥反馈式放大器，如图2.2.1所示图2.2.1电桥式反馈放大器2.3滤波电路的设计前一级放大电路以对信号进行了放大，接下来，为了让信号变得适合数字显示电路的输入，需要让信号进一步平滑，变成恒定电压。 本单元设计采用二阶型低通滤波器，主要由LH0032构成。 电路原理图如图2.3.1所示。 6武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书图2.3.1滤波电路图2.4数字显示电路该单元由数字电压表构成。 数字显示电路主要由三位半双积分A/D转换器CC 14433、精密基准电源MC 1403、CMOS BCD七段译码/驱动器CC 4511、七路达林顿晶体管阵列MC1413和LED显示器TOS-5101BH组成。 三位半双积分A/D转换器CC14433CC14433是CMOS双积分式三位半A/D转换器，它是将构成数字和模拟电路的约7700多个MOS晶体管集成在一个硅芯片上，芯片有24只引脚，采用双列直插式，其引脚排列与功能如图2.4.1所示。 图2.4.1三位半双积分A/D转换器CC14433的管脚图CC14433时钟频率66KHz，每秒钟可进行4次A/D转换。 它的使用调试简便，能与微处理机或其它数字系统兼容，广泛用于数字面板表，数字万用表，数字温度计，数字量具及遥测、遥控系统。 CMOS BCD七段译码/驱动器CC4511CC4511的管脚图如图2.4.2所示。 7武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书图2.4.2CC4511的管脚图七路达林顿晶体管阵列MC1413MC1413采用NPN达林顿复合晶体管的结构，因此有很高的电流增益和很高的输入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成电路的输出信号，并把电压信号转换成足够大的电流信号驱动各种负载。 该电路内含有7个集电极开路反相器（也称OC门）。 MC1413引脚排列和电路结构如图2.4.3和图2.4.4所示，它采用16引脚的双列直插式封装。 每一驱动器输出端均接有一释放电感负载能量的抑制二极管。 图2.4.3MC1413引脚排列图图2.4.4MC1413电路结构图精密基准电源MC1403MC1403是低压基准芯片。 一般用作812bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。 其输出电压为+2.5V或-25mV，输入电压范围为4.5V-40V，输出电流为10mA。 芯片管脚图如图2.4.5所示，NC为空引脚。 8武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书图2.4.5MC1403芯片管脚图LED显示器TOS-5101BH本次设计中选用四快LED显示器TOS-5101BH。 在成形的测量系统中这四块显示器按次序摆在一起并封装在面板上用来显示数据的各位。 其中有三块用于显示低三位数字，还有一块作为最高位数字以及负号的显示。 当输入电压为正值时不显示符号位，最高位显示1或不显示；当输入电压为负值时显示符号位，最高位显示1或不显示。 因此，数字显示电路所能显示的最大范围为-1999到+1999。 其外观图如图2.4.6所示。 图2.4.6LED显示器TOS-5101BH LED封装组9武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书数字显示电路总设计图如图2.4.7所示。 图2.4.7数字显示电路总设计图4.电路仿真及调试该电路调试分为制作过程中的调试和测试前的调零。 为了使动铁处于初始位置时，数字显示电路能够显示零，在测试之前应调节电位器Rx到合适的值。 除此之外，通过调试放大器使数字显示电路的显示结果与被测量之间有一定的倍数关系，仿真时设置为为10倍。 10武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书图4.1电路放大滤波模块仿真图图4.2仿真调试输出电压改变11武汉理工大学传感与检测技术课程设计说明书5心的体会通过这次课程设计，我们对传感器设计基础知识复习了一遍，而且更重要的是又学到了很多新的知识，获得了新的经验。 我们从中学会了如何去根据具体的数据进行查表，从而进行设计。 传感器技术是实现测试与自动控制的重要环节。 在测试系统中，被作为一次仪表定位，其主要特征是能准确传递和检测出某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息。 电阻应变片能把感受到的力转换为电阻变化，再通过测量电路把电阻变化转化为电压变化。 电阻应变式传感器具有测量范围广、精度高、误差小和线性特性好等优点，且能在恶劣环境下工作，在力、压力和重量等测试中有非常广泛的应用在这次的课程设计当中，我们学会知道理论联系实践的重要性，在一些材料的选用，数据的算法等方面与其它同学进行了交流，提高了自己的工作效率。 尽管这个设计有一定难度，但是完成后心里感觉蛮舒服的，很有一种成就感。 在刚开始时，看着题目，自己头都大了。 但学海无涯苦作舟。 在不懂时多多向别人请教。 做这个课设，我们有很多地方都不懂，之前并没有接触过，最后在老师同学的帮助下了解了它的原理，问题得到解决。 随着科学技术的迅猛发展,非物理量的测试与控制技术已广泛应用于生产生活的各个技术领域。 可以说,测试技术与自动控制水平的高低,是衡量一个国家科学技术现代化程度的重要标志,是现代信息技术的重要支柱技术之一。 目前,越来越多的新