下载文档原格式
基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计沈阳航空航天大学自动化学院摘要：虚拟仪器是基于计算机的仪器。
计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。
这种结合有两种方式。
一种方式是计算机装入仪器，典型例子就是智能化仪器。
另一种方式就是将仪器装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。
本次课程设计是基于差动螺管式电感传感器的虚拟位移计设计，它的主要内容是在LabVIEW 平台上设计虚拟位移计，其中的功能包括数据的采集、数据的拟合，数据的处理，以及超值报警功能。
相比以前的方法，本方法简单可用，而且比较精确。
关键词：差动式电感数据采集虚拟位移计超值报警曲线拟合虚拟仪器就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NI LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。
使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。
虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。
虚拟仪器有四大优点1、性能高2、扩展性强 3、开发时间少 4、无缝集成虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。
虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。
虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分： 1仪器面板控制软件 2数据分析处理软件 3仪器驱动软件 4通用I/O接口软件1 总体方案设计图1为总体原理框图：图1 虚拟位移计的原理框图总体电路的工作原理是进行差动螺管式电感传感器实验，测量出相应的数据，然后经过软件程序进行数据采集、曲线拟合、数据处理、阈值比较等几大部分，将实验得到的数据拟合得到拟合曲线，并且可以显示出系数的具体数值，并判断是否超出预设范围，超出则报警，报警灯亮。
沈阳航空航天大学课程设计（论文）基于差动变压器的虚拟位移计设计班级 84070102 学号 2008040701053 学生姓名雷海涛指导教师胡立夫沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称虚拟仪器课程设计院（系）自动化学院专业测控技术与仪器班级84070102 学号2008040701053 姓名雷海涛课程设计题目基于差动变压器的虚拟位移计设计课程设计时间: 2011年3月7日至2011 年3 月18日课程设计的内容及要求：1. 内容利用差动变压器和Labview设计一个虚拟位移计。
显示位移为X.X mm，范围为 -2—2mm，拟合出位移与电压的关系曲线。
可设定阈值，并具有超值报警功能。
2. 要求制定设计方案，并绘制出系统工作框图。
利用CSY系列传感器系统实验仪进行硬件电路设计及调试。
用LabVIEW进行软件程序设计与调试，要求虚拟仪器前面板的设计美观大方、操作方便，后面板的设计简洁、布线合理、功能完善。
指导教师年月日负责教师年月日学生签字年月日目录0. 前言 (1)1. 总体方案设计 (1)2. 硬件设计 (2)2.1差动变压器电路 (2)2.2PCI-NI6024E数据采集卡 (2)3. 软件设计 (3)3.1数据采集部分 (4)3.2曲线拟合部分 (6)3.3数据处理部分 (7)3.4阈值比较部分 (8)4. 调试分析 (8)5. 结论及进一步设想 (9)参考文献 (9)课设体会 (11)附录1 元件清单 (12)附录2 软件原理图 (13)附录3硬件原理图 (14)基于差动变压器的虚拟位移计设计雷海涛沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本次课设设计了一个基于差动变压器的虚拟位移计，主要是利用差动变压器将被测位移转化成铁芯与螺线管之间面积的变化导致电压的变化，将实验得到的数据写入曲线拟合程序得到拟合曲线及其一般方程式y=a*x+b的系数a、b，同时由PCI-NI6024E数据采集卡将采集到的电压数据与系数a、b进行数据处理得到位移值，并判断是否超出预设范围，超出则报警，优点是设计原理简单，数据采集率高，测量精确。
基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪设计摘要目前，位移检测系统大都使用传统的测量仪器。
其功能大多都是由硬件或固化的软件来实现，而且只能通过厂家定义、设置，其功能和规格一般都是固定的，用户无法随意改变其结构和功能，因此已不能适应现代化监测系统的要求。
随着控制理论及电子和计算机技术的高速发展，为适应科研和生产的需求，在检测技术领域出现了许多新的理论、新的技术和新的概念，虚拟仪器由此而生。
本系统利用虚拟仪器技术在LabVIEW的平台上开发了一套微小位移检测系统。
系统硬件由电涡流传感器、信号调理电路、PCI-6221型数据采集卡及计算机等组成，软件采用LabVIEW进行开发。
该系统可实现位移数据采集、显示、存储及回放等功能。
关键词：电涡流传感器；位移检测；LabVIEW；虚拟仪器The virtual test system design of Micro-displacementBased on Eddy current sensorAbstractAt present, most of the displacement control system for detecting the use of traditional measuring instruments. Most of its functions are curable by the hardware or software to achieve, but only through the definition of the manufacturers, set up, its functions and specifications are generally fixed, users can not arbitrarily change its structure and function, it can not meet the modern monitoring system requirements. With the control theory and electronics and the rapid development of computer technology, to meet the research and production needs in the field of detection of many new theories, new technologies and new concepts, virtual machines for us.This design uses virtual instruments on the platform of LabVIEW to develop a micro-displacement detection system. System hardware from the eddy current sensor, signal conditioning circuits, PCI-6221 data acquisition card and computer and so on, software developed using LabVIEW. The system can achieve the displacement data acquisition, display, and storage and playback functions.Keywords: Eddy current sensor; displacement detection; LabVIEW; Virtual Instrument目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (5)1.1研究课题背景及目的 (5)1.2 本课题的任务 (6)第二章微位移检测系统总体方案的确定 (7)2.1 位移检测系统开发平台 (7)2.1.1 虚拟仪器概念 (7)2.1.2 虚拟仪器的组成 (7)2.1.3 虚拟仪器与传统仪器 (8)2.1.4 虚拟仪器的应用 (10)2.1.5 LabVIEW语言简介 (10)2.2 微位移检测系统总体方案设计 (11)第三章微位移检测系统的硬件配置 (12)3.1 传感器 (13)3.2 信号调理模块 (14)3.3 数据采集卡 (15)3.3.1数据采集卡的选用 (15)3.3.2 设计所选数据采集卡 (17)3.3.3测试与自动化资源管理器 (18)3.3.4测试信号的连接方式 (19)3.3.5数据采集设备的设置与测试 (19)第四章微位移检测系统的软件设计 (24)4.1前面板的设计 (24)4.2数据采集系统 (25)4.2.1数据采集模块简介 (25)4.2.2数据采集程序 (28)4.3数据记录与回放 (29)4.3.1数据记录与回放的文件格式 (30)4.3.2 LABVIEW中的数据库创建 (32)4.3.2.1 Microsoft Access 2003数据库管理系统 (32)4.3.2.2 LabVIEW与数据库的接口方法 (35)4.3.2.3 LabVIEW与数据库连接 (38)4.3.3数据保存与回放程序 (40)第五章总结 (45)参考文献 (46)附录A基于电涡流传感器的虚拟式微位移测试仪系统程序 (48)致谢 (49)第一章引言1.1研究课题背景及目的传统的位移测量和信号分析处理大多是利用电子仪器来实现的。
[8] ANALOG DEVICES. LVDTsignal conditioner AD598.一、引言差动变压器式传感器的特点是灵敏度高、分辨力大，能测出0.1um更小的机械位移变化;传感器的输出信号强，有利于信号的传输；重复性好，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，因此广泛应用于压力、位移传感器的设计制造中，尤其在航空、航天等环境恶劣、环境温度高的压力测量方面，也得到了广泛的应用。
二、方案论证1.参数要求给定原始数据及技术要求1）.最大输入位移为100mm2）灵敏度不小于80V/m3）非线性误差不大于10%4）零位误差不大于1mv5）.电源为9v，400HZ6）.最大尺寸结构为160mmX21mm2.方案讨论根据给定技术要求选择电感变换元件的类型及测量电路的形式，如图1所示图1、传感器的组成框图1）传感器电感变换元件类型的选择（1）测量范围小，如位移零点几微米至数百微米，且当线性范围也小时，常用E形或II形平膜硅钢片叠成的电感式传感器或差动变压器。
(2) 螺线管，常用于测量1mm以上至数百毫米的大位移，其线性范围也较大。
2）测量电路的选择测量电路主要依据选定的电感变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求来确定。
3.螺管型差动变压器的工作原理差动输出电动势为。
所以，差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差的函数。
螺管型差动变压器结构复杂，常用二节式、三节式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好。
差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。
这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。
一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。
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为三节式螺管型差动变压器的示意图。
图2 三节式差动变压器的结构形式三．螺管型差动变压器的参数计算现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图3。
电感式位移传感器的设计（第1页）一、设计背景位移传感器在现代工业生产中扮演着重要角色，广泛应用于机械制造、自动化控制、航空航天等领域。
电感式位移传感器作为一种常见的位移检测装置，具有精度高、稳定性好、抗干扰能力强等优点。
本文将详细介绍电感式位移传感器的设计过程。
二、工作原理电感式位移传感器是基于电磁感应原理设计的。
当传感器中的激励线圈通以交流电流时，会在周围产生交变磁场。
当被测物体（通常是金属目标物）进入该磁场并发生位移时，会导致磁路的磁阻发生变化，进而引起线圈感应电动势的变化。
通过检测感应电动势的变化，即可实现对位移量的精确测量。
三、设计目标1. 确保传感器具有较高的测量精度和分辨率；2. 提高传感器的线性度和稳定性；3. 优化传感器结构，使其便于安装和维护；4. 降低成本，提高传感器的性价比。
四、传感器结构设计1. 激励线圈设计（1）线圈的匝数：匝数越多，产生的磁场强度越大，但线圈电阻也会增加，导致功耗增大。
因此，需在磁场强度和功耗之间寻找平衡。
（2）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料，以提高线圈的性能。
（3）线圈的形状：根据实际应用场景，设计合适的线圈形状，使其在有限的空间内产生较强的磁场。
2. 检测线圈设计（1）线圈与激励线圈的相对位置：确保检测线圈能充分感应到激励线圈的磁场变化。
（2）线圈的匝数：匝数越多，感应电动势越大，但线圈电阻也会增加。
需在灵敏度与功耗之间进行权衡。
（3）线圈的材料：选择具有较高磁导率和电阻率的材料。
电感式位移传感器的设计（第2页）五、信号处理电路设计1. 激励信号源（1）频率选择：激励信号的频率应适中，频率太低会导致灵敏度下降，频率太高则可能引起电磁干扰。
（2）幅值稳定：确保激励信号幅值稳定，以减少测量误差。
2. 感应电动势检测感应电动势的检测是位移测量的关键步骤。
检测电路设计如下：（1）放大电路：由于感应电动势信号较弱，需通过放大电路对其进行放大，以便后续处理。
电感式位移传感器的设计摘要：针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种新的电感式位移传感器的设计方法，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点，可以广泛应用于机械位移的测量与控制系统中。
一、引言（一）传感器的定义国家标准 GB7665- 87 对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。
”传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。
它是实现自动检测和自动控制的首要环节。
（二）传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。
而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。
为适应这种情况，就需要传感器。
因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。
新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。
在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。
在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。
因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。
在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。
现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到纳米的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到秒的瞬间反应。
此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。
显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。
许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。
绪论 (2)第一章基于电感传感器的微位移测量系统概述 (2)第二章设计思路 (3)第三章使用模块及相应硬件概述 (4)3.1 电感传感器 (4)3.2 正弦激励电路 (6)3.3相敏检波电路设计 (7)3.4 程控放大电路 (8)3.5 A/D转换电路模块 (9)3.6 单片机模块 (15)3.7 LCD显示模块 (18)3.8 无线传输模块 (20)第四章心得体会 (31)参考文献 (32)绪论随着现代制造业的规模逐渐扩大，自动化程度愈来愈高。
要保证产品质量，对产品的检测和质量管理都提出了更高的要求。
我们为此要设计一种精度的检测位移的仪器。
电感测微仪是一种分辨率极高、工作可靠、使用寿命很长的测量仪,应用于微位移测量已有比较长的历史.国外生产的电感测微仪产品比较成熟,精度高、性能稳定,但价格昂贵.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,一直与国外的传感器水平保持一定的差距.在超精密加工技术迅猛发展的今天,这种测量精度越来越显得不适应加工技术发展的需求.该文针对这些问题,对电感传感器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、交流放大电路、带通滤波电路、相敏检波电路等进行分析及相应设计。
第一章基于电感传感器的微位移测量系统概述电感微位移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系数的改变来实现非电量(主要是位移)测量的低本、高精度测量仪，因为其分辨力高、使用寿命长、工作性能稳定，应用于微位移测量己经有很长的历史，进行高精度微位移测量时选用电感位移传感器已经成为一种共识。
此设计采用差动变压器的激励电源电路和相敏检波电路等，以达到测量微小位移的目的。
设计要求：测量范围0.1~0.5mm；综合测量误差小于1%；测量结果LCD实时显示；配备无线数传功能；第二章设计思路该系统主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大器、相敏检波器、A/D转换、LCD显示及单片机系统。
实验差动螺管式电感传感器的静态位移性能一、实验目的：二、实验性质：验证性实验三、所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低频滤波器、电压四、有关旋钮的初始位置：音频振荡器5KHz，幅度旋到适中位置，差动五、实验步骤：1.按图15一些。
图152. 装上测微头，调整铁芯到中3. 开启主、副电源，音频振荡器频率置5-8KHz之间，以差放输出波形不失真为好，音频幅度为2Vp-p。
用类似于实验十三的方法，利用示波器和电压表，调整各平衡及调零旋钮，使F/V表读数为零（F/V表始终调不到零，说明差动变4.给振动平台一个大位移，从相敏检波器处观察示波器是否有幅值变化。
调节移相器旋钮，使波形形成为全波整流的00或1800，然后接上测微头，转动测微头，同时记下实验数据，填入下表：位移X（mm）……电压V（mV）……作出V-X曲线，计算出灵敏度，比较此实验与实验十六的异同。
5. 根据图15的结构，将差动螺管式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器，移相器，低通滤波器连接起来，组成一个测量电路。
将示波器探头分别接至差动放大器的输出端和相敏检波器的输出端。
6.转动测微头，脱离振动平台并远离，（使振动台振动时不至于再被吸住，这时振动平台处于自由静止状态），开启主、副电源。
7.调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号最小，这时差动放大器的增益旋钮旋至最大。
（如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置）8.为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调整差动放大器的调零电位器。
将低频振荡器输出接入激振线圈。
9.调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，使梁产生上下振动。
10.调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器输出端的波形如图16所示。
图1611.将示波器探头换接至低通滤波器的输出端。
12.调节频率，调节时可用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，并作幅频特性曲线，关闭主、副电源。
传感器
第 1 页 共 1 页
实验三、电感传感器实验——差动变压器性能实验
（一）实验内容
1.项目一、差动变压器式电感传感器性能实验
2.项目二、差动螺管式电感传感器的静态位移性能实验 （二）实验目的
1.了解差动变压器式电感传感器的原理和工作情况
2.了解差动螺管式电感传感器测量系统的组成和工作情况 （三）实验原理
螺旋测微器产生位移，经弹性梁带动衔铁在线圈中移动，交流电源激励，数字电压表显示数字，计算机自动生成示波器显示波形。
（四）实验操做步骤 实验项目一、
1.将音频振荡器LV 输出接至数字频率计和数据采集CH 1，由频率计显示频率，计算机自动生成示波器显示波形，调节音频振荡器频率为4kHz ，峰峰值为5V 。
2.将音频振荡器LV 输出接差动变压器一次绕组，输出接CH1。
3.调螺旋测微器使衔铁处于中心位置（输出为零），向下每1mm 读一个数。
实验项目二、
1.按图接线
2.将音频振荡器输出接至CH 1，调节峰峰值为2V 。
3.V/F 表调至20V 档。
4.接好电桥平衡网络、放大器、相敏检波器、LPF 、V/F 表、示波器。
5.将螺旋测微器与梁脱离，使梁处于自由状态；调节W 1、W 2，使输出最小（灵敏度最大）。
6.将螺旋测微器与梁相吸，调节螺旋测微器使输出最小（CH1示），再向上移2.5mm 。
7.调节移相器使输出最大（CH2示）；观察检波器波形，若两半波不对称，则微调放大器调零电位器。
8.向下每0.5mm 读一个数。
项目一数据表
项目二数据表。
实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的掌握差动变压器式电感传感器测量系统的组成和工作原理。
二、所需单元和部件差动变压器式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、V/F表、测微器、双线示波器。
三、有关旋钮的初始位置检查所有处理电路单元的开关按钮在释放位(关状态)；差动放大器的增益旋钮置最大位(顺时针旋到底)；电压/频率(V/F)表量程旋钮置“20kHz/20V”档；转动测微器，使双平行梁处于(目测)水平位置附近。
四、注意事项1．音频振荡器的信号必须从“LV”输出端输出。
2．差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式。
3．为了便于观察，实验中需要调节示波器的灵敏度。
4．根据图30连接好测量电路后必须经指导老师确认，才可打开电源进行调整及测量工作，以免烧毁仪器元件。
5．实验完成后应释放所有处理电路单元的开关按钮(使其在关状态)，拆除并整理好所有连接线，注意拔线时最好稍带点顺时针旋转。
五、实验步骤1．根据图30的电路结构，将差动变压器式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器，移相器，低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。
2．经指导老师检查线路连接无误后打开综合传感器电源。
V/F表置频率档测量音频振荡器“LV”输出频率，调节音频振荡器频率旋钮使其输出频率为4kHz左右；用示波器测量“LV”的输出电压，调节音频振荡器的Vpp旋钮，使“LV”输出电压的峰-峰值为2V左右。
3．按下差动放大器，相敏检波器，移相器及低通滤波器的开关按钮，V/F表置电压档。
4．仔细转动测微器，使低通滤波器的输出电压为最小。
若其输出电压不能调到零值，则需配调电桥平衡网络的电位器“W1”和“W2”，使其输出电压为零。
5．向下转动测微器，使电感中的磁棒往下位移2.0mm(测微器顺时针旋转4整圈)。
6．将示波器探头接至相敏检波器的输出端，调节移相器上的移相电位器，使相敏检波器输出波形每个半波的两个端点接近同一水平。
采用差动变压器式电感传感器设计一套位移测量系统的设计方案1.差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
2.工作原理差动变压器是一种线圈互感随衔铁位移而变化的转换器。
差动变压器等效电路如图1所示。
图1 差动变压器等效电路其磁路是开放的, 次级的2 个线圈连接成差动结构。
根据图1可以推算差动变压器输出电压的有效值为P U L R M M U 2121210)()(ωω+-=(1) 式中 M1, M2 分别为初级线圈L1 与次级线圈L 21, L22的互感, H; R1 为初级线圈的电阻, 8 ; Ui 为初级线圈的激励电压, V 。
差动变压器的互感量与其内部的磁场变化相关联,而磁场的变化又取决于衔铁在开磁路中的位置。
因此, 在一定范围内, 只要衔铁位移, 差动变压器的输出电压就产生相应的变化, 近似线性关系, 输出电压Uo 是衔铁位移量x 的单值函数。
衔铁在差动变压器的几何中心位置时, 如次级的2个线圈的参数和磁路尺寸相等, 则M 1 = M2, 参照式( 1)运算, 此时, 差动变压器的输出电压为零。
但实际制作时, 次级2个线圈的电气参数和几何尺寸存在一定的差异, 所以, 当衔铁处于中间位置时, 定有不平衡输出, 即存在零点残余电压。
零点残余电压包含基波和高次谐波。
基波的正交分量使输出信号产生相移, 相移跟随输出信号的大小而变化。
高次谐波分量是磁性材料磁化曲线的非线性引起的。
零残电压的存在造成极大的负面效应, 使传感器在零点附近测量时灵敏度大大降低, 分辨力变差, 测量误差增大。
实验名称：差动螺管式自感传感器实验作者：头铁的小甘实验目的：熟悉自感式传感器的结构、原理、检测电路和特性了解激励频率对传感器灵敏度的影响了解自感式传感器测量振幅和重量的原理和方法实验仪器：音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、差动螺管式自感传感器、电桥、V/F表、示波器实验原理：线圈除了和另一个线圈之间存在互感之外，它本身还有自感系数，利用线圈的自感变化从而实现非电量转化为电量的装置称为自感式传感器。
主要有气隙型和螺管型两种，差动螺管型自感式传感器的结构如下图所示：1，2为线圈，3为衔铁，4为磁性套筒当衔铁伸入深度发生变化时，由于两个线圈的伸入位置增加量等于另一个的减少量，因此构成差动螺线管线圈结构，电压位移灵敏度为单个线圈的两倍，增强系统传感器的抗干扰能力。
线圈自感系数∆L=πμoN2[lr2+(μr−1)l c r c2]/l2其中l为螺管线圈长度，lc为衔铁伸入线圈的长度，r为线圈半径，r c为衔铁半径、N为总匝数、u0为真空磁导率，u r为衔铁相对磁导率，对于差动结构，在lc变化Δlc时，电感变化量相对变化为∆L L =∆lclc×11+lr2lcr c2(μr−1)因此，如果非电量与∆lc成正比，ΔL与被测量也成正比，但是由于上面的式子是在无限长的螺线管下成立，但是实际的螺线管有限长，场内磁场分布不均匀，因此输入和输出是非线性关系，利用差动结构不仅能增大灵敏度，还可以避免由于温度变化的引起的误差。
实验内容：1.自感式传感器的静态标定：首先对差放放大器调零，按下图连接电路图注意线圈的同名端，打开电源，装上测微头，断开WA、WD电位器，调节测微头使得衔铁处在中间位置。
街上两个电位器，交叉调节电位器和测微头，使得差放放大器输出最小，记下此时的测微头读数转动测微头，观察测微头在平衡位置分别向上和向下引动，观察输入波形和输出波形的变化将示波器接到相敏检波器的输出，调节移相器，使得输出为全波整形的波形旋转测微头让衔铁回到平衡位置，调节电位器WA，使得V/F表输出为0旋转测微头，使得衔铁在平衡位置分别向上和向下移动，每1mm记录一个数据数据处理：自感式传感器的静态标定实验测得曲线并不是线性关系，在通过观察和选取灵敏度相对较大的要求下，选取其中靠近中间位置的6个点做线性拟合，最大线性区间为[-4-3mm]处，这时的直流电压位移另觅大怒为0.277V/mm。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610733868.1(22)申请日 2016.08.28(71)申请人 赵俭地址 110179 辽宁省沈阳市浑南新区沈中大街101-1号(72)发明人 赵俭 (51)Int.Cl.F15B 21/08(2006.01)(54)发明名称一种差动螺线管式电感传感器测量电路(57)摘要一种差动螺线管式电感传感器测量电路，适用于液压控制领域。
电路由检波电路、半波检波差分电压输出电路、位移传感器AD698测量电路组成。
电路改善了传感器线性区间的输出特性线，性度变好，具有很小的静态输出线性度、重复精度都比较好，并能有效地提高灵敏度，提高主阀响应速度。
权利要求书1页 说明书2页 附图3页CN 107795547 A 2018.03.13C N 107795547A1.一种差动螺线管式电感传感器测量电路，其特征是：所述的差动螺线管式电感传感器测量电路由检波电路、半波检波差分电压输出电路、位移传感器AD698测量电路组成。
2.根据权利要求1所述的一种差动螺线管式电感传感器测量电路，其特征是：所述检波电路为线圈提供激励信号，并且为检波电路提供同步信号，检波电路采用文氏电桥震荡电路，震荡频率为，集成运放UB2组成放大器。
3.根据权利要求1所述的一种差动螺线管式电感传感器测量电路，其特征是：所述的检波电路中，R28、C11和R29、C12组成串并联选频网络，其输出的一路接运放的正相，构成正反馈。
4.根据权利要求1所述的一种差动螺线管式电感传感器测量电路，其特征是：所述的检波电路由R26、R27分压接运放的反向输入端，构成负反馈放大电路。
5.根据权利要求1所述的一种差动螺线管式电感传感器测量电路，其特征是：所述检波电路中，UB3、D4、D5和Q3组成稳幅起振电路，要使电路中产生自激振荡需满足起振条件，增益AF大于3,此时Q3截止，起振后稳幅，增益AF等于3，Q3导通。
基于FPGA的平面螺旋电感式微位移传感器系统马文卓;陈向东;丁星【摘要】基于平面螺旋电感和现场可编程门阵列（ FPGA）技术，系统设计了一种以频率为输出的电感式微位移传感器，实现了电感式传感器的数字化输出与检测。
系统主要由位移/电感转换模块、电感检测电路、差频模块、FPGA四部分组成，并在FPGA系统中搭建NIOSⅡ软核，对采集所得数据进行处理。
实验证明：系统具有灵敏度高，温度稳定性好等特点，其测量范围为0～15 mm，在0～6 mm范围内，最大误差为0.03 mm，分辨率达到10μm。
%Design an inductive micro-displacement sensor whose output is frequency signal,based on planar spiral inductor and FPGA technology,and it realizes digitalized output and measurements. The system consists of displacement-inductance converter module,inductive detection circuit,frequency-subtracting module and FPGA system. In addition,it builds up soft core of NIOSⅡin FPGA system to process the acquired data. Experimental results show that this system has characteristics of good temperature stability and high sensitivity whose measuring range is 0~15mm,the maximum error is 0.03 mm and resolution is 10μm in the range of 0~6 mm.【期刊名称】《传感器与微系统》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】3页(P66-68)【关键词】平面螺旋电感;微位移传感器;现场可编程门阵列;3P5609AL1【作者】马文卓;陈向东;丁星【作者单位】西南交通大学信息科学与技术学院，四川成都610031;西南交通大学信息科学与技术学院，四川成都610031;西南交通大学信息科学与技术学院，四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TP212.9传统的位移传感器主要包括：电阻应变片式、光栅式、电容式、电感式等［1］。
基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计差动螺管式电感传感器是一种常用的位移测量传感器，其测量原理是通过检测电感值的变化来获取位移信息。
虚拟位移计则是通过计算和模拟的方式，将电感值转化为位移数值。
1.设计目的和背景
差动螺管式电感传感器是一种基于电感变化的传感器，广泛应用于位移测量领域。
然而，由于其输出是以电感值形式呈现的，用户往往难以直观地理解位移信息。
为了解决这个问题，设计虚拟位移计，将电感值转化为位移数值，并以可视化的方式呈现，提高用户的使用体验和数据分析能力。
2.设计原理
差动螺管式电感传感器的核心是可移动磁芯，当位移变化时，磁芯相对于线圈的位置也会发生变化，导致线圈的电感值发生变化。
虚拟位移计的设计就是通过测量电感值的变化，计算出对应的位移数值，并以可视化的形式展示。
3.设计步骤
(1)硬件设计
-螺管式电感传感器选型：根据需要测量的位移范围和精度，选择合适的差动螺管式电感传感器。
-信号采集电路设计：设计合适的电路来采集差动螺管式电感传感器的输出信号。
-微控制器选型：选择合适的微控制器来处理采集到的信号和位移计算。
(2)软件设计
-信号采集与处理：使用微控制器采集并处理传感器输出的电感值，通过模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
-位移计算算法：设计算法来将电感值转化为位移数值，可以根据传感器的不同特性进行校准和线性化处理。
-可视化界面设计：设计用户界面来展示位移数值，可以使用图表、数字或者其他形式展示。
-数据存储与分析：设计数据存储和分析功能，可以将测量数据保存到存储设备中，并提供数据分析功能。
4.设计考虑
-精度和灵敏度：要根据实际应用需求选择合适的差动螺管式电感传感器，并根据实际情况进行校准和线性化处理。
-抗干扰能力：要考虑周围环境对电感传感器的影响，设计相应的抗干扰措施，例如滤波和屏蔽等。
-可扩展性：要考虑将来系统的功能扩展需求，设计具备一定扩展性的硬件和软件架构。
5.结论
通过基于差动螺管式电感传感器虚拟位移计的设计，可以将电感值转化为位移数值，并以可视化的方式呈现给用户。
这样可以提高用户的使用
体验和数据分析能力，广泛应用于位移测量领域。
设计虚拟位移计需要综合考虑硬件和软件方面的要求，根据实际应用需求选择合适的差动螺管式电感传感器，并设计相应的电路和算法来实现位移计算和数据展示。
