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东北石油大学课程设计2015年7 月 8日任务书课程传感器课程设计题目电感式位移传感器应用电路设计专业测控技术与仪器祖景瑞学号 120601240222主要容：本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。
电路要能够检测一定围位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等技术。
基本要求：1、能够检测 0~20cm 的位移；2、电压输出为 1~5V；3、电流输出为 4~20mA；主要参考资料：[1] 贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].北京：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].北京：机械工业，2007: 48-50.[4] 谢志萍.传感器与检测技术[M].北京：高等教育，2002:80-90.完成期限 2015.7.4—2015.7.8指导教师专业负责人2015年 7 月 1 日摘要测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种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。
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。
东北石油大学课程设计2015年7 月8日任务书课程传感器课程设计题目电感式位移传感器应用电路设计专业测控技术与仪器祖景瑞学号120601240222主要容：本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。
电路要能够检测一定围位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等技术。
基本要求：1、能够检测0~20cm 的位移；2、电压输出为1~5V；3、电流输出为4~20mA；主要参考资料：[1]贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4] 志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，2002:80-90.完成期限2015.7.4—2015.7.8指导教师专业负责人2015年7 月1 日摘要测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种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。
关键词：电感式传感器；自感式传感器；结构简单；成本低目录一、设计要求 (1)二、方案设计 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (1)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (4)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)1、单元电路设计 (5)2、参数计算 (6)3、器件选择 (6)六、总结 (7)参考文献 (8)电感式位移传感器应用电路设计一、设计要求本设计要应用电感式传感器的原理来设计一个位移传感器的应用电路，要求能够检测能够检测0~20cm的位移；电压输出为1~5V；电流输出为4~20mA；并且能够通过LED进行数字显示，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点。
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。
电感式微位移测量仪的设计与实现电感式微位移测量仪的设计与实现摘要⽆论设计、制造或使⽤传感器，都希望输出量和输⼊量间具有线性关系，⽽对于实际应⽤来说，其输出量与被测量之间的关系⼤多是⾮线性的，为了达到提⾼传感器精度⽬的，必须对传感器的⾮线性特性进⾏补偿。
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)测量的低成本、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。
关键词：电感；微位移；测量仪⼀、电感式微位移测量仪的概况1、课题研究意义及发展状况⽆论是科学研究还是⽣产实践，需要进⾏位移测量的场合⾮常多，可⽤于位移测量的传感器的种类也很多，其中⽤于直线位移测量的有电阻式、电感式、电容式、振弦式、编码式、感应同步器式、光栅式、磁栅式、光电式、霍尔效应式、磁敏电阻式、喷射式、激光式、复合式以及光纤式等，但这些传感器在实际应⽤中或多或少都存在着⼀些问题，有的设备复杂、成本⾼，有的对环境要求⾼，有的精度低、线性范围⼩，有的结构复杂、⼯艺要求⾼。
电感式传感器因其具有结构简单可靠、输出功率⼤、抗⼲扰好、对环境要求不⾼、分辨率较⾼、⽰值误差⼩、价格低廉等特点在位移测量⽅⾯获得了⾮常⼴泛的应⽤，专⽤集成电路芯⽚的出现，更为⼈们使⽤电感式传感器带来了⽅便。
与此同时，在微电⼦⾏业中⾼精度模板的制造和定位，⾼精度传感器的标定都需要很⾼的位移测量精度，甚⾄有些应⽤要求测量精度达到纳⽶量级，同时，测量范围的要求也越来越⼤。
这样测量精度与量程范围的要求构成了尖锐的⽭盾，因此，需要设计⼀些通⽤性好、价格便宜的测量仪器，并对这⼀类的测量仪器进⾏不断地更新和改进，以进⼀步提⾼测量精度。
另外，⽆论设计、制造或使⽤传感器，都希望输出量和输⼊量之间具有线性关系，⽽实际中对于传感器来说，⼀⽅⾯由于不可避免的原理误差，⼀⽅⾯由于⼯艺材料等⼀些客观因素的限制，其输出量与被测量之间的关系⼤多是⾮线性的，因此，为了达到提⾼传感器精度的⽬的，必须对传感器的⾮线性特性进⾏线性化处理。
电感位移计的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解电感位移计的工作原理和基本构成；2. 学生能掌握电感位移计在测量物体位移中的应用；3. 学生了解电感位移计与其他类型传感器在性能、特点等方面的区别。
技能目标：1. 学生能正确操作电感位移计进行位移测量，并处理实验数据；2. 学生具备分析电感位移计测量误差的能力；3. 学生能设计简单的电感位移计应用电路。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对物理传感器技术的兴趣，激发探索精神和创新意识；2. 学生通过电感位移计的学习，认识到传感器技术在现实生活中的广泛应用，增强学以致用的意识；3. 学生在实验和团队合作中，培养严谨、细致、协作的科学态度。
课程性质分析：本课程为高中物理选修课，以电感位移计为主题，结合物理知识和实际应用，培养学生的实验操作能力和科学思维。
学生特点分析：高中学生已具备一定的物理知识和实验技能，对新技术和新设备充满好奇，具备一定的自主学习能力和团队合作精神。
教学要求：1. 结合课本知识，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 创设情境，引导学生主动探究，培养学生的创新意识；3. 强化团队合作，锻炼学生的沟通与协作能力。
二、教学内容1. 电感位移计的基本原理：- 电感的基本概念- 电感位移计的工作原理- 影响电感位移计灵敏度的因素2. 电感位移计的构成与种类：- 电感位移计的组成结构- 常见电感位移计的类型及特点- 电感位移计与其他类型传感器的对比3. 电感位移计的应用：- 电感位移计在位移测量中的应用- 实验操作步骤及注意事项- 数据处理与分析方法4. 电感位移计的误差分析：- 测量误差的来源及分类- 减小误差的方法和技巧- 实际应用中的误差处理5. 电感位移计应用电路设计：- 简单电路原理及设计方法- 电路仿真与实验验证- 创新设计思路及实践教学大纲安排：第一课时：电感位移计的基本原理与构成第二课时：电感位移计的种类及性能对比第三课时：电感位移计在位移测量中的应用第四课时：电感位移计的误差分析及数据处理第五课时：电感位移计应用电路设计与实践教学内容与课本关联：本章节内容与高中物理选修课《传感器及其应用》相关章节紧密关联，结合课本知识，系统地介绍电感位移计的原理、应用和实验操作。
电感传感器的接口电路设计摘要：位移测量具有广泛应用，电感式传感器以其结构简单可靠、输出功率大、线性好、抗干扰和稳定性好、价格低廉等特点获得了大量的应用。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，在对电感式直线位移传感器深入分析的基础上，本文设计了一种电感式位移传感器接口电路。
该电路采用电感传感器把被测位移量转变为微弱电信号，经前置交流放大、相敏整流，直流放大，A/D转换等电路处理后，送入单片机进行综合运算处理后输出，并通过液晶显示结果，可以适应不同量程和分辨率的信号调理要求。
文中介绍了整体电路的设计和单片机系统的硬件及软件流程。
设计过程中用Protel99 SE对电路原理图进行了绘制，选用了单片机的开发工具Keil C51μvision2对软件设计中的程序进行编写、编译、模拟仿真，电路正常，完成了课题要求的电感传感器对位移测量并显示结果。
关键词：位移测量；电感式传感器；单片机；液晶显示The Design of the Inductive Sensor Interface CircuitAbstract: the measurement of diaspacement is very important in engineering. Inductive transducers are widely used due to their simple structures,high output capacities,good linearity,good disturbance resistance,good stability and low prices.Based on thoroughly analysis of linear inductive displacement transducers,a inductive displacement transducer interface circuit is designed in this thesis.This metering circuit uses the inductive transceiver to transform that the displacement offset into the weak electrical signal, after the pre- AC amplification, the phase-sensitive rectifier,the DC Larger and the A / D conversion circuit processing, output after processing in the monolithic integrated circuit and display the results through the LCD. It can adapt to different range and resolution of the signal conditioning requirements. In the process of designing, Protel99SE is used to plot schematic diagram, Keil C51μvision2and the development kit of MCU is used to compile, translate and make simulation about the assemble program. The circuit is in gear and it basically can accomplish the task of measure of the displacement offset through the inductive sensor and dispiay the result.Keywords: the measurement of displacement；the inductive sensor；MCU；LCD目录1 绪论 (1)1.1本文的课题背景及意义 (1)1.2课题的研究现状 (1)1.3课题研究方法 (4)1.4本课题的主要研究内容 (4)2 电感传感器 (5)2.1电感传感器的介绍 (5)2.2电感传感器的工作原理 (5)2.3电感传感器的输出特性 (7)2.4电感传感器测量电路 (9)2.4.1 电感式传感器的等效电路 (9)2.4.2交流电桥式测量电路 (9)2.4.3 变压器式交流电桥 (10)2.4.4 谐振式测量电路 (11)3 电感传感器接口电路的设计 (13)3.1电感传感器接口电路的设计框图 (13)3.2电感传感器接口电路的原理图、工作原理及其功能 (14)3.3振荡器电路设计及其说明 (15)3.3.1 电感三点式振荡器原理的介绍 (15)3.3.2 振荡器电路在本系统中的设计 (16)3.4相敏检波电路设计及其说明 (17)3.4.1 相敏检波电路原理的介绍 (17)3.4.2 相敏检波电路在本系统中的设计 (20)3.5交直流放大部分的设计及其说明 (21)3.5.1 反相比例放大电路的原理 (21)3.5.2 交流放大电路在本系统中的设计 (22)3.5.3 直流放大电路在本系统中的设计 (23)3.6A/D转换单片机控制和液晶显示部分的设计 (23)3.6.1 A/D 转换电路 (24)3.6.2 单片机部分 (29)3.6.3 液晶显示部分 (29)3.6.4 通讯模块 (33)3.7量程变换电路的设计原理图及其说明 (34)3.8电源部分的设计 (36)4 软件系统的分析与设计 (37)4.1软件编程语言的种类及区别 (37)4.2编译环境的介绍 (37)4.2.1 Keil C51简介 (37)4.2.2 μVision2集成开发环境 (38)4.2.3 Keil C51的使用 (39)4.2软件设计流程图 (40)4.3软件编程 (41)4.3.1 初始化 (41)4.3.2 液晶显示器编程 (42)4.3.3 主程序编程 (45)5 结论 (48)参考文献 (49)致谢 (50)附录A (51)1 绪论1.1 本文的课题背景及意义21世纪是人类全面进入信息电子化的时代，随着人类探知领域和空间的拓展，使得人们需要获得的电子信息种类日益增加，需要信息传递的速度加快，信息处理能力增强，因此要求与此相对应的信息采集技术——传感器技术必须跟上信息化发展的需要。
电感式微位移测量仪的设计与实现摘要无论设计、制造或使用传感器，都希望输出量和输入量间具有线性关系，而对于实际应用来说，其输出量与被测量之间的关系大多是非线性的，为了达到提高传感器精度目的，必须对传感器的非线性特性进行补偿。
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)测量的低成本、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。
关键词：电感；微位移；测量仪一、电感式微位移测量仪的概况1、课题研究意义及发展状况无论是科学研究还是生产实践，需要进行位移测量的场合非常多，可用于位移测量的传感器的种类也很多，其中用于直线位移测量的有电阻式、电感式、电容式、振弦式、编码式、感应同步器式、光栅式、磁栅式、光电式、霍尔效应式、磁敏电阻式、喷射式、激光式、复合式以及光纤式等，但这些传感器在实际应用中或多或少都存在着一些问题，有的设备复杂、成本高，有的对环境要求高，有的精度低、线性范围小，有的结构复杂、工艺要求高。
电感式传感器因其具有结构简单可靠、输出功率大、抗干扰好、对环境要求不高、分辨率较高、示值误差小、价格低廉等特点在位移测量方面获得了非常广泛的应用，专用集成电路芯片的出现，更为人们使用电感式传感器带来了方便。
与此同时，在微电子行业中高精度模板的制造和定位，高精度传感器的标定都需要很高的位移测量精度，甚至有些应用要求测量精度达到纳米量级，同时，测量范围的要求也越来越大。
这样测量精度与量程范围的要求构成了尖锐的矛盾，因此，需要设计一些通用性好、价格便宜的测量仪器，并对这一类的测量仪器进行不断地更新和改进，以进一步提高测量精度。
另外，无论设计、制造或使用传感器，都希望输出量和输入量之间具有线性关系，而实际中对于传感器来说，一方面由于不可避免的原理误差，一方面由于工艺材料等一些客观因素的限制，其输出量与被测量之间的关系大多是非线性的，因此，为了达到提高传感器精度的目的，必须对传感器的非线性特性进行线性化处理。
东北石油大学课程设计2015年7 月8日任务书课程传感器课程设计题目电感式位移传感器应用电路设计专业测控技术与仪器祖景瑞学号 2主要容：本设计要完成电感式位移传感器应用电路的设计，通过学习和掌握电感式传感器的原理、工作方式及应用来设计一个电路。
电路要能够检测一定围位移的测量，并且能够通过LED进行数字显示。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器等技术。
基本要求：1、能够检测0~20cm 的位移；2、电压输出为1~5V；3、电流输出为4~20mA；主要参考资料：[1]贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69.[2]王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4] 志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，2002:80-90.完成期限2015.7.4—2015.7.8指导教师专业负责人2015年7 月1 日摘要测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。
针对目前电感式位移传感器的应用现状，本文提出了一种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。
关键词：电感式传感器；自感式传感器；结构简单；成本低目录一、设计要求 (1)二、方案设计 (1)1、方案说明 (1)2、方案论证 (1)三、传感器工作原理 (2)四、电路的工作原理 (4)五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (5)1、单元电路设计 (5)2、参数计算 (6)3、器件选择 (6)六、总结 (7)参考文献 (8)电感式位移传感器应用电路设计一、设计要求本设计要应用电感式传感器的原理来设计一个位移传感器的应用电路，要求能够检测能够检测0~20cm的位移；电压输出为1~5V；电流输出为4~20mA；并且能够通过LED进行数字显示，具有控制及数据处理等功能，结构简单、成本低等优点。
二、方案设计1、方案说明利用电感式传感器的原理设计一个位移传感器的应用电路，设计的总体模块主要由直流稳压电源、振荡电路、电感传感器、解调器、差动放大电路、V/I 转换电路、A/D 转换电路、LED显示电路等构成。
总体设计框图如下：图1 电感式位移传感器的设计总体框图2、方案论证图2为为螺管式自感传感器结构原理图。
它由平均半径为 r 的螺管线圈、衔铁和磁性套筒等组成。
随着衔铁插入的深度的不同将引起线圈泄露路径中磁阻变化，从而使线圈的电感发生变化。
根据磁路结构，磁通主要由两部分构成：沿轴向贯穿整个线圈后闭合的主磁通φm和经衔铁侧面气隙闭合的侧磁通φs。
因气隙较大，故磁性材料的磁阻可忽略不计。
图2螺管式自感传感器原理图侧磁通通过衔铁侧面与线圈交链，交链部分只是衔铁侧面遮盖部分的线圈。
在线圈的轴向不同位置处，磁势是不同的，且交链到的线圈匝数也不一样。
由图5可知离线圈端面x 处的磁势，根据两同心圆柱面磁极间的磁导计算公式，可得半径为ra 的衔铁与径为 D 的磁性套筒间的比磁导。
于是，可得微分单元磁导以及x 处的微分单元磁通。
整个线圈的总磁链为主磁链和侧磁链之和。
由于传感器轴向气隙较大，存在磁通边缘效应，故可认为在衔铁移动的一定围主磁通近似不变。
这时，衔铁位移仅引起侧电感Ls 变化。
图3 磁通半径作用修正系数三、传感器工作原理测量位移的方法很多，现已形成多种位移传感器,而且有向小型化、数字化、智能化方向发展的趋势。
位移传感器又称为线性传感器，常用的有电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器，超声波式位移传感器，霍尔式位移传感器，磁致伸缩位移传感器以及基于光学的干涉测量法，光外差法，电镜法，激光三角测量法和光谱共焦位移传感器等技术。
电感式位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化，接通电源后，在开关的感应面将产生一个交变磁场，当金属物体接近此感应面时，金属中则产生涡流而吸取了振荡器的能量，使振荡器输出幅度线性衰减，然后根据衰减量的变化来完成无接触检测物体的目的。
电感式位移传感器具有无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，并且低功耗，长寿命，可使用在各种恶劣条件下。
电感式位移传感器主要应用在自动化装备生产线对模拟量的智能控制方面。
电感式传感器的特点是：（1）无活动触点、可靠度高、寿命长；（2）分辨率和灵敏度高，能测出0.01微米的位移变化；（3）传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。
（4）线性度高、重复性好，在一定位移围（几十微米至数毫米），传感器非线性误差可达0.05%~0.1%；（5）测量围宽（测量围大时分辨率低）；（6）无输入时有零位输出电压，引起测量误差；（7）对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高；（8）频率响应较低，不适用于高频动态测量。
电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。
常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。
在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。
自感式传感器是把被测量变化转换成自感L的变化，通过一定的转换电路转换成电压或电流输出。
传感器在使用时，其运动部分与动铁心（衔铁）相连，当动铁芯移动时，铁芯与衔铁间的气隙厚度发生改变，引起磁路磁阻变化，导致线圈电感值发生改变，只要测量电感量的变化，就能确定动铁芯的位移量的大小和方向。
图4 自感式传感器工作原理示意图由于 ,LI N m=Φ （1）m m m m R F NI F =Φ=, （2） 所以m R N L 2= （3）式中：N ——线圈匝数；Rm ——磁路的总磁阻。
四、电路的工作原理如下图直流稳压电源为整个电路提供电源：图5 电感式位移传感器的直流稳压电源图6 电感式位移传感器的具体电路图直流稳压电源为整个电路提供电源，图6 中 IC2 构成电压跟随器，产生并输出提供给模拟电路电位公共点；IC3 构成方波信号发生器，在电路中产生方波电压提供给电感式传感器，电感式传感器接成桥式电路，电桥输出的不平衡电压与传感器中衔铁位移成正比。
电桥输出的信号比较小，则需图 6 中 IC1 差动放大电路放大到一定程度才能工作。
需图 3 中 IC3 与中功率三极管 T 组成电压 -电流（V/I）转换电路，产生电流通过 6 脚输出，提供给双积分 A/D 转换器，然后再在 LED 显示器上显示出来图7 数字电压表接线图五、单元电路设计、参数计算和器件选择1、单元电路设计信号转换电路：信号转换电路的功能是将传感器输出的交流电压信号转换为相应的直流电压信号。
信号转换电路的设计直接影响到整个测头电路系统的测量精度，是测头电路系统的核心部分。
传感器为线性差分式位移传感器，它的输入为磁芯的机械位移，输出为与磁芯位置成正比的交流电压信号。
传感器初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，两个次级线圈反向串联，磁芯的移动可改变初级线圈之间的耦合磁通，从而产生两个幅值不同的交流电压信号。
运算放大电路及滤波输出电路：运算放大电路及滤波输出电路对经转换后的信号不同的交流电压进行进一步调节，可很好地匹配，并满足下一级电路的处理需求。
滤波输出电路由一个二阶“Π”型滤波电路构成，在满足滤波精度要求的前提下，可保证较短的延迟时间。
窗口电压比较电路：窗口电压比较电路的功能是实时显示测头运动状态。
它由多个不同参数的比较电路单元构成，将滤波输出后的电压信号分别与每个比较单元的参考电压值进行比较，从而实时反映测头不同的运动状态。
2、参数计算标定公式如下：b•=（4）KSU+式中：U为测头电路系统输出电压值，V；k为测头灵敏度，mV /mm;S 为测头位移量，mm; b为零位电压值偏移量，mV。
由标定记录可得到：1）测头的灵敏度左齿面：- 010186 mV /mm;右齿面：010183 mV /mm.2）测头位移量线性测量围左齿面：312~51112μm;右齿面：411~50717μm.3）零位电压值偏移量左齿面：41412 mV;右齿面：51027 mV.实验数据表明测头电路系统测量精度较高，线性测量线性围大（±500 μm）, 满足891EA齿轮测量中心的测量需求。
3、器件选择R1、C1 为时钟振荡的RC 网络。
R2、R3 是基准电压的分压电路，R2 是可调电阻，R3 是固定电阻。
调整R2 使基准电压VREF=100.0mV。
R2 一般采用精密多圈电位器。
R4、C3 为输入端阻容滤波电路，以提高仪表的抗干扰能力，并能增强仪表的过载能力。
因7107 输入阻抗很高，输入电流极小，故可取R4=1MΩ，C3=0.01uF。
C2、C4 分别是基准电容和自动调零电容。
R5、C5 分别是积分电阻和积分电容。
系统需要的元器件清单表1 元器件清单六、总结该设计的电路模块主要包括直流稳压电源、振荡电路、电感传感器、解调器、差动放大电路、V/I 转换电路、A/D 转换电路、LED 显示电路等，结构简单，容易实现。
短短的一个星期的课程设计让我受益颇多。
虽然课程设计对我们来说还比较困难，但是我们并没有因此而退缩，而是凭着一丝不苟和持之以恒的精神，如期完成了任务。
通过这次传感器课程设计，让我对传感器的相关知识有了进一步的了解，特别是对位移传感器这个方面的知识更是收获不少。
课程设计不仅拓展了我们的知识，而且更让我们切身认识到所学知识的用途，传感器做为自动控制系统中不可缺少的部分，在测控理论中也起着非常重要的作用，让我们充分认识到它的重要性。
我相信通过或这次课程设计，将会对我们今后的工作或多或少的带来帮助。
希望以后能够有更多实践的机会，让我们在实践中学习知识，在实践中掌握知识，更在实践中拓展知识。
参考文献[1]贾伯年，俞朴.传感器技术[M].：东南大学，2006：68-69 .[2] 王煜东. 传感器及应用[M].：机械工业，2005：5-9.[3] 唐文彦.传感器[M].：机械工业，2007: 48-50.[4]志萍.传感器与检测技术[M].：高等教育，2002:80-90.[5]国维.测控电路[M].：机械工业,2007.[6]守义.单片机应用技术[M].：电子科技大学，2004.东北石油大学课程设计成绩评价表指导教师：年月日。
