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传感器综合运用一、设计题目如图所示工件，在生产线的30°滑道上自上而下滑落，要求在滑动过程中检测工件厚度，并且计数。
图中4mm尺寸公差带为10μm。
图1.测量工件二、厚度检测传感器的选择电容传感器是把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器。
它的敏感部分就是具有可变参数的电容器。
其最常用的形式是由两个平行电极组成、极间以空气为介质的电容器（见图）。
若忽略边缘效应，平板电容器的电容为εA/δ，式中ε为极间介质的介电常数，A为两电极互相覆盖的有效面积,δ为两电极之间的距离。
δ、A、ε三个参数中任一个的变化都将引起电容量变化，并可用于测量。
因此电容式传感器可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。
极距变化型一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
面积变化型一般用于测量角位移或较大的线位移。
介质变化型常用于物位测量和各种介质的温度、密度、湿度的测定。
与电阻式或电感式传感器相比，电容传感器具有四大优点:(l)分辨力高，常用于精密测量;(2)动态响应速度快，可以直接用于某些生产线上的动态测量;(3)从信号源取得的能量少，有利于发挥其测量精度;(4)机械结构简单，易于实现非接触式测量。
因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。
此外，电容器传感器还具有结构简单,价格便宜，灵敏度高，零磁滞，真空兼容，过载能力强，动态响应特性好和对高温、辐射、强振等恶劣条件的适应性强等优点。
因此，在本题中选择电容传感器作为厚度检测传感器。
三、电容传感器的检测原理电容式传感器可分为面积变化型、极距变化型、介质变化型三类，下面将分述其检测原理。
1、面积变化型电容传感器这一类传感器输出特性是线性的，灵敏度是常数。
这一类传感器多用于检测直线位移、角位移、尺寸等参量。
测量装置如图2所示。
图2.变面积式电容传感器其电容量计算公式为：002121212()22ln()ln()ln()x l l l l l C C C C r r r r r r lπεπεπε-∆∆∆∆=-=-=-=- 式中 L －外圆筒与内圆柱覆盖部分的长度21,r r -外圆筒内半径与内圆柱外半径 灵敏度0212ln()C C l r r l πε∆=-=-∆2、极距变化型电容传感器极距变化型电容传感器一般用来测量微小的线位移或由于力、压力、振动等引起的极距变化。
2005年第24卷第10期 传感器技术(Jou rna l of T ransduce r Technology)电容式微位移传感器设计及其应用研究孙立宁,晏祖根(哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨150001)摘 要:介绍了基于误差补偿的机器人系统原理,采用等电位环和驱动屏蔽电缆技术,设计了电容式微位移传感器及其信号调理电路。
该电路包括改进型的电容运算放大器检测电路、精密全波整流电路和滤波电路等。
试验结果表明:该电容式传感器的分辨力优于0.1μm,全量程非线性度小于0.2%;利用该电容式传感器测试偏摆误差,并进行偏摆误差补偿,机器人的性能得到提高。
关键词:电容式传感器;信号调理电路;微位移测量;机器人中图分类号:TP212 文献标识码:B 文章编号:1000-9787(2005)10-0013-03Design of capacit ance m i cro-d is p l ace m ent sensor and its applicati onSUN Li-ning,YAN Zu-gen(Rob otic Inst,H arb i n In st itu te of Techn ol ogy,H arb i n150001,Ch ina)Ab stract:T he principle o f t he robot sy ste m ba sed on erro r co m pensa tion is presented.The m icro-displace m en tcapacit ance sens o r and its si gna l conditioni ng circuit are desi gned by adopti ng equ i po t enti a l annulus techno logyand dr i v i ng cab le techno logy.Experi menta l re s u lts s how t ha t t he sensor’s non linearit y o f0.2%and reso l u tion o f0.1μm can be achieved.The dev i a tion of t he robo t sy st em is test ed and compensated u sing capacitance senso r,and t he perfor m ance o f the robot is i m proved.K ey word s:capacitance senso r;si gna l cond itioning c ircuit;m icro-displace m en tm easurem en t;robo t0 引 言随着机器人的广泛应用和发展,人们不断追求高速高精度、大行程机器人,基于伺服电机+滚珠丝杠驱动、光栅位置反馈的XY-T ab l e型机器人是其一种。
一、实验内容F μ的电容器，阻值尽量接近实际计算值。
电路设计完后，画出频率响应曲线，并采用Multisim 进展仿真分析。
二、原理分析给定电容值0.01uF ，计算得：43R R = = 10ΩK ，选取1R = 2R = 39ΩK 按照滤波器的工作频带，滤波器可分为低通滤波器〔LPF 〕、高通滤波器〔HPF 〕、带通滤波器〔BPF 〕、带阻滤波器〔BEF 〕几种。
按滤波器传递函数的极点数又分为一阶滤波器、二阶滤波器等。
如果滤波器仅由无源元件〔电阻、电容和电感〕组成，那么称之为无源滤波器；假设滤波器含有有源元件〔晶体管、集成运放等〕，那么称之为有源滤波器。
由阻容元件和运算放大器组成的滤波电路称为RC 有源滤波器。
由于集成运放有带宽的限制，目前RC 有源滤波器的工作频率比拟低，一般不超过1MHz 。
1、 有源低通滤波器〔LPF 〕低通滤波器允许输入信号中低于截止频率的低频或直流分量通过，抑制高频分量。
有源低通滤波器是以RC 无源低通滤波器为根底，与集成运放连接而成。
2、 二阶压控型低通滤波器二阶压控型有源低通滤波器如下列图所示。
图 1. 二阶压控型低通滤波器原理图因为电容器C1的接地端改为接运放输出端，引入了正反应，由于在通带内电容器视为“开路〞，因此C1的改接不影响滤波器的通带电压放大倍数，即11up RfA R =+。
为简化计算，令23,12R R R C C C ====,根据“虚短〞和“虚断〞特征及叠加定理可解得传递函数：2()()1(3)(sCR)up o us I up A u s A u s A sCR ==+-+ 令s j ω=，得滤波器的频率响应表达式：21()(3)upu up o oA A f f j A f f =-+-式中12o f RCπ=，令21()(3)H H up o o f f j A f f -+-=解得该滤波器的上限截止频率为 1.272H o o f f f =≈ 定义有源低通滤波器的品质因数Q 为o f f =时电压放大倍数的模与通带电压放大倍数之比，即13upQ A =- 实际应用，Q 的调节范围0100Q ≤≤，一般选取1Q =附近的值。
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考试形式为闭卷，满分为150分，考试时间为180分钟。
考查内容主要包括电路、模拟电子技术、数字电子技术三部分。
试卷结构合理，比例分配适当，试题难度适中。
题型示例有助于考生了解考试格式，更好地准备考试。
具体的考试内容详细如下：
一、电路
1. 电路基本概念、基本定律及定理。
2. 简单电路分析(包括直流通路和动态电路分析)。
3. 复杂电路分析(包括正弦交流电路和功率电器的分析，含有耦合电感和理想变压器等元件的电路分析)。
二、模拟电子技术
1. 基本电子元件、电子器件及电子线路的基本分析方法(包括线性网络的分析，交流小信号分析)。
2. 正弦交流放大器(包括场效应管放大器)、有源负载放大器、阻容耦合正弦波振荡器、频率响应以及集成运算放大器的应用等基本分析方法和要求。
3. 放大器的应用：放大电路在直流稳压电源及信号处理中的应用。
三、数字电子技术
1. 数字逻辑基础(逻辑代数基础，逻辑门电路)。
2. 组合逻辑电路和时序逻辑电路的分析和设计。
3. 触发器和寄存器。
4. 可编程逻辑器件(PLD)及其应用。
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总的来说，哈工大854考研大纲对考试形式、内容、结构等都进行了详细的规定，有助于考生全面了解考试要求，有针对性地进行备考。
