![电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计[设计+开题+综述]](https://img.doczj.com/imge7/1r2z3txykszvl86gmork0qjuqgfqg7mc-71.webp)
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开题报告
机械设计制造及其自动化
电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计
一、选题的背景与意义
在基础学科研究和现代工业生产中，传感器具有不可或缺的作用。传感器是将被测量(通常为非电量)转换成电信号的信号转换元件，然而由于传感器的电气特性，其所产生的电信号必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠地采集。
电涡流位移传感器是一种据电涡流效应制成的常用物理传感器，其输出振荡电压随被测体（必须是金属导体）与探头之间的距离变化而变化，因此能测量被测体发生的静态和动态的相对位移变化。
目前国内研制的多数电涡流位移传感器测量物体位移变化时输出都是电压信号的绝对值，由于被测体位移相对变化很小，而传感器输出的电压信号初始值太大，以致变化量很小，所以不能很好地反映被测体位移的变化。本课题即是对电涡流位移传感器进行信号调理，通过减法放大电路使传感器输出电压减去初始值后再进行放大，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。然后基于单片机设计传感器的工作电源和输出位移的显示电路，使输入输出信号都能清楚、直观地显示。这些新的设计将推动现有电涡流传感器测量技术的发展。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：
研究的基本内容：
设计并调试高精度运算放大器OP07、AT89S52单片机的工作电源电路，再基于高精度运算放大器OP07，设计并调试电涡流位移传感器的信号调理电路，最后基于AT89S52单片机，编程设计并调试电涡流位移传感器的工作电源电压与输出位移的显示电路。
拟解决的主要问题：
1、设计并调试高精度运算放大器OP07、AT89S52单片机的工作电源电路，包括变压、整流、滤波、稳压电路；
2、基于高精度运算放大器OP07设计并调试电涡流位移传感器的信号调理电路，包括减法放大、滤波电路；
3、基于AT89S52单片机设计位移显示电路，将传感器检测到的被测体位移变化最终以数字形式直观地显示在七段LED显示器上。
三、研究的方法与技术路线：
四、研究的总体安排与进度：
第1~4周：查阅文献，完成外文翻译、文献综述和开题报告；
第5~6周：掌握变压、整流、滤波、稳压电路的原理，以及运算放大器与单片机的工作原理，采用Protel完成电涡流位移传感器的信号调理电路、工作电源电压与输出位移显示电路的原理图设计；
第7~12周：完成电涡流位移传感器的信号调理电路、工作电源电压与输出位移显示电路的实际设计与调试；
第13周：撰写毕业论文。
参考文献
[1]秦曾煌. 电工学·上/下册[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
[2]张友德, 赵志英, 涂时亮. 单片微型机原理、应用与实验（第五版）[M]. 上海: 复旦
大学书版社, 2006.
[3]黎琼, 陈文庆, 温泉彻. 通用数据采集系统的信号调理[J]. 湛江师范学院学报, 2004,
25(6).
[4]乔巍, 杜爱玲, 陈春, 叶生. 高速数据采集系统信号调理电路的设计[J]. 电子技术,
2003, (4): 11-15.
[5]许德章. 电涡流传感器信号调理电路的设计[J]. 自动化仪表, 1998, 19(6).
[6]董维杰, 高颖, 崔玉国, 朴柱宏. 压电执行器迟滞特性的自动采集及分析[J]. 计算机
应用, 2002, (9).
[7]丁俊军. 基本放大电路的最佳设计和集成运算放大器线性应用的补充[J]. 沈阳航空工
业学院学报, 2000, 17(3).
[8]傅华明. 有源滤波电路设计总结[J]. 电子技术。
[9]史水娥, 杨豪强, 吴雪冰. 单片机系统中L ED 显示驱动电路的研究[J]. 河南科技学
院学报,2005, 33(1): 94-96.
[10]赵严. 七段LED／点阵LCD可兼容显示系统设计与改造[J]. 激光与红外, 2003,
33(1).
[11]蔡延财, 刘勇, 陈永冰, 王璐. 基于仪表放大器的传感器信号采集电路设计[J]. 现
代电子技术, 2007, (6): 63-69.
[12]邵伯进, 苗增秀. 利用有源滤波电路消除干扰[J]. 机床电器, 2001, (2).
[13]秦玲, 刘敬波. 一种用于D/A转换电路的带隙基准电压源的设计[J]. 电子设计应用,
2006, 5.
[14]王东兴, 江连会. 一种精密稳压的150V直流电源电路[J]. 压电与声光, 2004,
26(5).
[15]陈京培, 徐永梅. 基于AT89S52单片机的液晶显示控制电路设计[J]. 电路设计.
[16]Javier Gago, Josep Balcells, David Gonz′alez, Manuel Lamich, Juan Mon, Alfonso
Santolaria. EMI Susceptibility Model of Signal Conditioning Circuits Based on Operational Amplifiers. IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, 2007, 49(4).
[17]Hamed Ahadpour, Ebrahim Abiri. An Improved Switched Capacitor Signal
Conditioning Circuit for Differential Capacitive Sensors. 2009 Second International Conference on Computer and Electrical Engineering.
[18]Alfredo Arnaud, Marcelo Baru, Gonzalo Picun, Fernando Silveira.. Design of A
Micropower Signal Conditioning Circuit for A Piezoresistive Acceleration Sensor.
毕业论文文献综述
机械设计制造及其自动化
电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计
在基础学科研究和现代工业生产中，传感器具有不可或缺的作用。电涡流位移传感器是一种据电涡流效应制成的常用物理传感器，其输出振荡电压随被测体（必须是金属导体）与探头之间的距离变化而变化，因此能测量被测体发生的静态和动态的相对位移变化,从而被广泛地应用于数据采集系统中。
目前国内研制的多数电涡流位移传感器测量物体位移变化时输出都是电压信号的绝对值，由于被测体位移相对变化很小，而传感器输出的电压信号初始值太大，以致变化量很小，从而不能很好地反映被测体位移的变化。本课题即是对电涡流位移传感器进行信号调理设计，通过减法放大电路使传感器输出电压减去初始值后再进行放大，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。然后基于单片机设计传感器的工作电源和输出位移的显示电路，使输入输出信号都能清楚、直观地显示。
下图1是通用数据采集系统的组成和信号传输流程。可见，信号调理电路是数据采集系统的重要组成部分。信号处理电路，就是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。传感器测量的很多物理量，如位移、温度、压力、光强等，输出后都是相当小的电压、电流或电阻变化，必须对其进行调理，即利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等)将信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号，以便用于系统的数据处理。
图1
黎琼，陈文庆，温泉彻[3]介绍了通用数据采集系统的组成及信号调理的重要性，然后以热电偶温度传感器及热电偶温度变送器为例，说明了传感器调理一般
应包含补偿、线性化和激励三部分内容，且介绍了变送器与传感器的主要区别。最后在给出典型信号调理电路的基础上，说明了通用数据调理功能（放大、隔离、滤波和数字信号调理）及电路实现，对基于PC机和ADC卡的通用数据采集系统的信号调理具有借鉴作用。
乔巍，杜爱玲，陈春，叶生[4]针对基于微控制器和PC的高速数据采集系统,分析了信号调理电路功能及必要性,并在此基础上给出了包括信号放大、衰减、隔离和滤波的设计方案,并对滤波电路的拓扑设计进行了研究。此外,针对广泛存在的电力信号采集与分析,以电能质量为分析、研究对象,给出了基于Sallen2Key 和状态变量拓扑的滤波方案，对高速数据采集系统精度的提高和采集设备的保护具有实际意义。
许德章[5]设计了一种用在保温管自动纠偏系统上远距离测量钢管中心位置变化的电涡流传感器的信号调理电路。只有测出钢管中心在相互垂直的两个方向上位置变化，才能得知钢管中心在任意方向上的位置变化，因此采用4只传感器对称布置，如图2所示。其中，传感器Ⅰ和Ⅱ作为一组测量钢管中心在水平方向上的位置变化，Ⅲ和Ⅳ作另一组测量钢管中心在竖直方向上的位置变化。
图2
电涡流传感器测量钢管中心位置变化的信号调理电路工作原理如图3所示。振荡源产生的高频信号经过一级放大后有一定驱动能力，将其加到4只传感器发射线圈上，4只传感器的接收线圈将会有信号输出。输出信号的变化反映了钢管中心在相应方向上的位置变化，所以4只传感器输出信号分别检波后，将传感器I和Ⅱ的输出信号送人差动放大电路，Ⅲ和Ⅳ送入另一差动放大电路，得到传感
器对I与Ⅱ和Ⅲ与Ⅳ的输出信号变化量，再把它们分别经过V/F转化成一组方波频率信号，其脉宽变化反映了钢管中心在相应方向上的位置有变化。8098单片机HSI口很方便地测试出方波信号脉宽，以实现解A/D转换。而完整的测量电路电路包括振荡源、增益可调放大电路、绝对值检波电路、线性度校正与差分放大电路、电平调整电路、V/F转换电路和V/F转换与单片机接口七个部分。
图3
上述学者介绍的信号调理电路实现的最主要功能是滤波和放大，但是若能对传感器输出电压减去初始值之后再进行放大，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始，则会使传感器检测到的物体位移变化的分辨力更清楚和直观。
董维杰，高颖，崔玉国，朴柱宏[6]研究了压电叠堆迟滞特性曲线的微机自动采集系统。系统基本部分是微机和通用数据采集板PCI 一818I ，高压运放输出作为高压驱动电源。电涡流位移传感器和后续减法放大电路承担测微位移任务，一定程度上可替代昂贵的精密电容位移传感器，测得了不同驱动电压范围的执行器迟滞特性曲线。
高驱动电压的产生如图4。由12位D／A转换产生0～10 V模拟信号，运放OP07和若干电阻组成1倍减法电路，将单极性电压变成双极性。高压运算放大器3583电源电压范围较宽，可达±50～±150 V，输出电流可达75mA。3583连接为反相放大状态，设计放大倍数固定为一24。当D／A输出为0～10 V时，高电压范围为一120～+120V；
图4
微位移测量电路如图5。电路选用高精度、低失调电压的运算放大器OP07。所有电阻选用0.1％精密绕线电阻，电路有电磁屏蔽保护。采样之前，调整电涡流位移计的初始位置，用万用表测得输出初始电压约为一9V，再调整可调正电源，使OP07的输出为零，保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。这部分电路提高了电涡流位移计的分辨力，放大倍数为53.5。另外，软件编程设置采样前采集板再将输入信号放大8倍，对电涡流计变化信号总计放大426倍。从而代替了高分辨力但却昂贵的精密电容位移传感器，使一般价位的电涡流位移传感器做精密位移监控成为了可能。
图5
在放大和滤波电路方面，丁俊军[7]介绍了基本放大电路的最佳设计和集成运算放大器线性应用的补充，重点介绍了放大电路动态范围及静态工作点的确定方法和集成运算放大器加- 减法运算电路的设计方法。傅华明[8]介绍了由集成运算放大器、电阻和电容设计有源滤波器，着重说明了低通、高通、带通滤波电路的特性与设计。
本课题设计的电涡流位移传感器信号调理电路和位移显示电路最终会通过AT89S52单片机编程设计传感器的工作电源和输出位移的显示电路，使输入输出信号都能清楚、直观地显示。
在现代仪器仪表中，采用单片机开发的系统中常用的显示器件有：发光二极管(LED)显示器，液晶LCD显示器，CRT显示器，电致发光(EL)显示器等。其中最为常用的是LED七段显示器与LCD显示器。LED七段显示器虽然显示内容以数字为主，比较单一，但其价格低廉，接口电路简单，适合作为本课题设计的显示电路的显示器。
史水娥,杨豪强,吴雪冰[9]对比了单片机系统中LED显示驱动电路的几种实现方案,着重介绍了LED 显示驱动芯片MAX7219 的工作原理和使用方法, 最后给出了一个用MAX7219 驱动8位LED显示系统的应用实例。赵严[10]介绍了激光治疗仪控制系统中显示系统由LED七段显示升级为LCD点阵显示的思路方法，提出了一种简便实用的升级改造方案，并且在一种激光治疗仪的升级中获得成功的应用，并且根据实例提出了设计LED七段显示与LCD点阵显示兼容的控制电路的原则。
在基础学科研究和现代工业生产中，传感器作为数据采集系统中的一部分，具有不可或缺的重要作用。了解电涡流位移传感器的工作原理，对电涡流位移传感器的信号调理与位移显示电路进行设计与调试，将有助于我们了解传感器的信号调理过程和LED显示器的数字显示设计，进而掌握常用电路的设计方法与调试过程。
参考文献
[1]秦曾煌. 电工学·上/下册[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004.
[2]张友德, 赵志英, 涂时亮. 单片微型机原理、应用与实验（第五版）[M]. 上海: 复旦
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[3]黎琼, 陈文庆, 温泉彻. 通用数据采集系统的信号调理[J]. 湛江师范学院学报, 2004,
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[7]丁俊军. 基本放大电路的最佳设计和集成运算放大器线性应用的补充[J]. 沈阳航空工
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[8]傅华明. 有源滤波电路设计总结[J]. 电子技术.
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院学报,2005, 33(1): 94-96.
[10]赵严. 七段LED／点阵LCD可兼容显示系统设计与改造[J]. 激光与红外, 2003, 33(1).
[11]蔡延财, 刘勇, 陈永冰, 王璐. 基于仪表放大器的传感器信号采集电路设计[J]. 现代
电子技术, 2007, (6): 63-69.
[12]邵伯进, 苗增秀. 利用有源滤波电路消除干扰[J]. 机床电器, 2001, (2).
[13]秦玲, 刘敬波. 一种用于D/A转换电路的带隙基准电压源的设计[J]. 电子设计应用,
2006, 5.
[14]王东兴, 江连会. 一种精密稳压的150V直流电源电路[J]. 压电与声光, 2004, 26(5).
[15]陈京培, 徐永梅. 基于AT89S52单片机的液晶显示控制电路设计[J]. 电路设计.
[16]J avier Gago, Josep Balcells, David Gonz′alez, Manuel Lamich, Juan Mon, Alfonso
Santolaria. EMI Susceptibility Model of Signal Conditioning Circuits Based on Operational Amplifiers. IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, 2007, 49(4).
[17]H amed Ahadpour, Ebrahim Abiri. An Improved Switched Capacitor Signal
Conditioning Circuit for Differential Capacitive Sensors. 2009 Second International Conference on Computer and Electrical Engineering.
[18]A lfredo Arnaud, Marcelo Baru, Gonzalo Picun, Fernando Silveira.. Design of A
Micropower Signal Conditioning Circuit for A Piezoresistive Acceleration Sensor.
本科毕业论文
（20 届）
电涡流位移传感器信号调理与位移显示电路的设计
摘要
摘要：在基础学科研究和现代工业生产中，传感器具有不可或缺的作用。电涡流传感器由于具有对介质不敏感、非接触的特点，因而广泛应用于对金属的位移检测中。
目前国内研制的多数电涡流位移传感器测量物体位移变化时输出都是电压信号的绝对值，由于被测体位移相对变化很小，而传感器输出的电压信号初始值太大，以致变化量很小，所以不能很好地反映被测体位移的变化。本文即是对电涡流位移传感器进行信号调理。首先基于高精度运算放大器OP07设计信号调理电路，使传感器输出电压减去初始值后再进行放大，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。然后基于三位半A/D转换电路ICL7107设计传感器的工作电源显示电路和输出位移显示电路，使输入输出信号都能清楚、直观地显示。
除了这些，本文还设计了传感器的—24V工作电源，OP07的±15V工作电源和ICL7107的±5V工作电源并最终将所有电路制作出实物。实物制作完成后对其调试，然后进行实际测试。测试结果表明，所有电路理论设计可行且电压源输出稳定，显示电路能正确显示。
关键词：电涡流位移传感器；信号调理电路；显示电路；减法放大电路；工作电源电路
Abstract：Research in basic science and modern industrial production, the sensor plays an indispensable role. Because eddy current displacement sensor is not sensitive to the media, it is widely used in the displacement of metal detection.
At present, most developed eddy current displacement sensors measure the displacement of the object are out of the absolute value of voltage. As measured relative change of displacement is very small, but the sensor's initial value of output voltage is too large ,it leads to a small change in output voltage and it can not reflect changes in the measured displacement. The theme of this paper is to design signal conditioning circuit for eddy current displacement sensor. First,designing signal conditioning circuit based on precision operational amplifier OP07, it amplified the voltage after the sensor's output voltage subtract the initial value , to ensure that the amplified voltage is only the part corresponding to the displacement, and start from zero. Then, designing the voltage display Circuit for sensor's power supply and the displacement display circuit based on the three semi-A / D converter circuit ICL7107 ,that make the input and output signals have a clear and intuitive display.
In addition to these, this paper has designed the sensor's -24V power supply, OP07's ± 15V power supply , ICL7107's ± 5V power supply and eventually all the circuit has been made in-kind.Then testing all the circuit board.The results showed that all of the circuit's theory is feasible and output voltage is stable , the display circuit to display correctly.
Key words：Eddy current displacement sensor; signal conditioning circuit; display circuit; subtraction amplification circuit; power supply circuit
目录
摘要.......................................................................................................................... III 目录........................................................................................................................... V 1 绪论. (1)
1.1 前言 (1)
1.2 国内外应用现状 (1)
1.3 设计内容 (1)
2 信号调理与显示电路的设计 (3)
2.1 工作电源的设计 (3)
2.1.1 OP07工作电源 (3)
2.1.2 ICL7107工作电源 (4)
2.1.3 传感器工作电源 (4)
2.2 信号调理电路的设计 (5)
2.3 显示电路的设计 (6)
2.3.1 ICL7107简介 (6)
2.3.2 位移显示电路 (7)
2.3.3 传感器电源电压显示电路 (9)
3 电路制作与实验调试 (10)
3.1 电路的制作 (10)
3.2 工作电源的测试 (12)
3.3 显示电路的测试 (13)
3.3.1 位移显示电路的测试 (13)
3.3.2 传感器电源显示电路的测试 (16)
4 结论与展望 (18)
参考文献 (19)
致谢 (21)
[19]绪论
[20]前言
电涡流位移传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离，是一种非接触的线性化计量工具。电涡流位移传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化，因此电涡流位移传感器系统广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业和一些科研单位。对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、空分机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械轴的径向振动、轴向位移、键相器、轴转速、胀差、偏心、以及转子动力学研究和零件尺寸检验等进行在线测量和保护。
[21]国内外应用现状
电涡流式位移传感器结构简单，其最大的特点是既可以实现非接触测量，又具有灵敏度高、抗干扰能力强、频率响应宽、体积小等优点，因此在工业测量中得到了越来越广泛的应用。
目前国际上知名的精密电涡流位移传感器制造商有德国米依公司，美国的MEAS传感器公司、PCB公司等，而我国国内的北京昆仑海岸传感技术中心，其生产的电涡流位移传感器产品在电信、电力、石化、冶金、机械等领域也拥有广泛的应用前景。
纵观国外生产的电涡流位移传感器产品，其测量系统相对完善。大部分国外的电涡流位移传感器系统自带输出位移显示器，且显示器上显示的是测量位移时位移的相对变化量，清楚而直观。而国内的大多电涡流位移传感器的输出位移显示器输出的一般为位移量的绝对值，由于位移有一定的初始值，而位移的变化量相对来说很小，所以这种显示方式很不直观，不能很好的反映被测物体的位移变化情况。
[22]设计内容
本文进行的是对电涡流位移传感器的信号调理和位移显示电路的设计。传感器由于自身的电气特性，其所产生的电信号必须进行调理才能被数据采集设备精
确、可靠地采集。下图1为在线性范围内，电涡流位移传感器输出电压与被测体（必须是金属导体）和探头之间距离的关系。X轴为被测体和探头之间的距离，即传感器的量程，Y轴为传感器输出的振荡电压，随被测体与探头之间的距离变化而变化，且二者呈现高度的线性度。所谓传感器的信号调理电路即为差动输入的减法放大电路。假设当被测体和探头之间距离为0.6mm时，传感器输出电压初始值为-7V，当被测体位移发生变化时，传感器输出相应变化，但位移的变化量相对被测体和探头之间的初始距离来说很小，因而传感器的输出电压相应变化也较小。本电路即使传感器测量物体位移变化时输出的电压信号减去电压初始值后再进行放大，然后被数据采集设备采集，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始。位移显示电路是基于三位半A/D转换器ICL7107设计一个实时电压显示电路，由于电涡流位移传感器输出电压与被测体和探头之间的距离呈现高线性度，所以通过数据转换和调试可以很容易的在显示器上显示被测物体位移的变化量。
图1 传感器输出电压与被测物体距离的关系
本文设计的信号调理电路是基于高精度运算放大器OP07，包括减法放大、滤波电路，而运算放大器OP07自身需要一个±15V的工作电源，因此需设计并制作高精度运算放大器OP07的工作电源电路，包括变压、整流、滤波、稳压电路。位移显示电路是基于三位半A/D转换器ICL7107，将传感器输出的电压信号以数字形式直观地显示在8段LED数码管上。ICL7107的工作电源为±5V，需设计并制作三位半A/D转换器ICL7107的工作电源电路。为了使整个电涡流位移传感测量系统更完整，还需设计传感器的工作电源，和工作电源电压显示电路。
[23]信号调理与显示电路的设计
[24]工作电源的设计
工作电源即直流稳压电源，由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分构成。电源变压器是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。整流电路是利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。下图2为直流电源的原理框图。
图2 直流电源原理框图
本文共需设计三个直流稳压电源，分别是高精度运算放大器OP07的±15V 工作电源，ICL7107的±5V工作电源和电涡流传感器的—24V工作电源。[25]OP07工作电源
高精度运算放大器OP07的工作电源为±15V，电源电路设计如下图3。
图
图3 ±15V工作电源原理图
为减少直流稳压电路所需外接元件，使其使用更简单，本电源设计为集成稳压电源，其主要使用器件为三端集成稳压器W7815（输出固定的+15V）和W7915(输出固定的—15V)。Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，Ci取0.33μF。Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大波动，Co取1μF。C为滤波电容，取1000μF。所选电源变压器为双24V/10W，整流桥型号为2W08。
[26]ICL7107工作电源
ICL7107的工作电源为±15V，直流稳压电源设计如下图4。
图4 ±5V工作电源原理图
ICL7107工作电源与高精度运算放大器OP07工作电源原理一样，亦采用集成稳压电源设计。不同的是本电路的三端集成稳压器为W7805和W7905，分别输出固定的+5V电压和—5V电压。Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，Ci取0.33μF。Co是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大波动，Co取1μF。C为滤波电容，取1000μF。所选电源变压器为双12V/10W，整流桥型号为2W08。
[27]传感器工作电源
传感器电路对供电电压精度要求高，温度稳定性要好，因此也采用三端集成稳压器作为稳压元件。电涡流位移传感器的工作电源为—24V，稳压器选择W7924，输出固定的—24V。电源电路设计如下图5，整流滤波元件的选择与OP07工作电源及ICL7107工作电源的一样，Ci为0.33μF，Co为1μF。C为1000μF。所选电源变压器为27V/10W，整流桥型号为2W08。
图5 —24V工作电源原理图
[28]信号调理电路的设计
传感器由于自身的电气特性，其所产生的电信号必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠地采集。本文设计的基于高精度运算放大器OP07的信号调理电路为差动输入，使传感器测量物体位移变化时输出的电压信号减去电压初始值后再进行放大，然后被数据采集设备采集，从而保证被放大的电压只对应位移变化部分，且从零点开始，这样使数据的表达更为直观。
此信号调理电路即为减法放大电路，其关键元件为高精度运算放大器OP07。OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。OP07管脚图如下图6，1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚6为输出，7接电源。
图6 OP07引脚图
基于高精度运算放大器OP07的信号调理电路设计如下图7。
图7 信号调理电路原理图
U i1端输入的是电涡流位移传感器测量物体位移变化时输出的电压信号。U i2端输入基准电压，即传感器与被测体处于初始位置，被测体还未发生位移变化时传感器输出的电压值，此电压由实验室的HPV系列压电陶瓷驱动电源提供。U o 为传感器信号经调理后输出的电压。此信号调理电路的放大倍数A uf=U o/(U i1-U i2)=R4/R1。取R1=R2=10KΩ，R3=R4=150KΩ，C1=C2=0.1μF，C3=0.45μF，因此得本信号调理电路的放大倍数A uf=15。
[29]显示电路的设计
基于ICL7107设计的显示电路是本文的重要内容。位移显示电路用来显示传感器测得的被测物体的位移变化量，其值将显示在4个8段LED数码管上，清楚又直观地反映了被测物体的位移变化情况，这也是本设计区别于国内其他传感器测量显示系统的主要特点。另外本文还需设计一个电涡流位移传感器工作电源的电压显示电路，以便观测传感器的工作电压是否稳定。
[30]ICL7107简介
ICL7107是高性能、低功耗的三位半A/D转换电路。它包含有七段译码器，显示驱动器，参考源和时钟系统，可以直接驱动LED数码管，且其价格低廉，电路结构简单，是一块应用非常广泛的集成电路。其引脚如下图8所示。
射 频 课 程 设 技 论 文 院系：电气信息工程学院 班级：电信2班 姓名：贾珂 学号：541101030211
1射频小信号放大器概述 射频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，所谓小信号,一是信号幅度足够小,使得所有有源器件(晶体三极管,场效应管或IC)都可采用二端口Y参数或线性等效电路来模型化;二是放大器的输出信号与输入信号成线性比例关系.从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 小信号放大器的分类：按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器;. 小信号谐振放大器除具有放大功能外,还具有选频功能,即具有从众多信号中选择出有用信号,滤除无用的干扰信号的能力.从这个意义上讲,高频小信号谐振放大电路又可视为集放大,选频一体,由有源放大元件和无源选频网络所组成的高频电子电路.主要用途是做接收机的高频放大器和中频放大器. 其中射频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。2电路的基本原理 图2-1所示电路为共发射极接法的晶体管高频小信号单级单调谐回路谐振放大器。它不仅要放大高频信号，而且还要有一定的选频作用，因此，晶体管的集电极负载为LC并联谐振回路。在高频情况下，晶体管本身的极间电容及连接导线的分布参数等会影响放大器输出信号的频率或相位。晶体管的静态工作点由电阻R b1、R b2及Re决定，其计算方法与低频单管放大器相同。
工业机器人文献综述 生产力在不断进步，推动养科技的进步与革新，以建立更加合理 的生产关系。自工业革命以来，人力劳动己经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步时至今天，机电一体化，机械智能化等技术应运而生并己经成为时代的主旋律。 1.工业机器人的发展： 1.1 机器人概念的诞生 机器人技术一词虽然出现的较晚，但这一概念在人类的想象中却早已出现。自古以来，有不少科学家和杰出工匠都曾制造出具有人类特点或具有动物特征的机器人雏形。我国西周时期的能工巧匠就研制出了能歌善舞的伶人，这是我国最早的涉及机器人概念的文章记录，此外春秋后期鲁班制造过一只木鸟，能在空中飞行，体现了我国劳动人民的智慧。机器人一词由捷克作家--卡雷尔.恰佩克在他的讽刺剧《罗莎姆的万能机器人》中首次提出，剧中描述了一机器奴仆Robot。此次Robot被沿用下来，中文译成机器人。1942年美国科幻作家埃萨克.阿西莫夫在他的科幻小说《我.机器人》中提出了“机器人三大定律”，这三大定律后来成为学术界默认的研发原则。现代机器人出现于20世纪中期，当计算机技术出现，电子技术的进步，数控机床的出现及与机器人相关的控制技术和零件加工技术的成熟，为现代机器人的发展打下了基础。 1.2 国内机器人的发展史 在我国目前采用工业机器人的行业主要有汽车行业、摩托车、电 器、工程机械、石油化工等行业。我国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，对于工业机器人的需求量在逐年增加，从而吸引了大批工业机器人的制造商，加快了我国工业机器人技术的发展第一阶段是20世纪80年代，我国为t跟踪国际机器人技术的道路，当时以原机械工业部为主，航天工业部等部门联合组织国内的相关研究单位开展了工业机器人的研究，先后推出了弧焊、点焊、喷漆等多种工业机器人。直到90年代，通过国家863计划等的K77，我国具备t独!)设计不}}生产工业机器人的能力，培养了一批高水平的研究生产队伍进入21世纪，中国的工业机器人发展进入t一个崭新的阶段，其中最大的特点是以企业为主体，以市场为导向、赢利为目标的机器人产业开发群体止在形成。尽管国外大的工业机器人公司为了占领中国不断扩大的市场，加大了其在中国的经销力度，但是中国的机器人企业以自己独有的市场信息优势、售前售后的服}}c势、针对中国企业的工艺特点的专门化设计优势努力争取自己的市场地位随养全球经济的一体化发展，世界制造中心向中国转移的趋势，中国工业机器人的产业会快速的发展起来，特别重要的是研制单位必须和需求紧密结合，让机器人走进工厂，实现真止的产业化。 经过20多年的探索，我国的工业机器人自动化技术取得t长足的发展，但是与世界发达国家相比，还有不小的差距;机器人应用工程起步也较晚，应用领域窄，生产线系统技术落后随养我国制造业-尤其是汽车行业的发展，对工业机器人的需求日益增长，工业机器人的拥有量远远不能满足需求量。尤其是基础零部件和元器件生产和制造、机器人可靠性以及成木等问题，都存在很多问题。尤其在大负载工业机器人方而，不仅产品长期大量依靠从国外引进，在维护、更新改造方而对国外的依赖也相当严重。 1.3国内外工业机器人的发展方向
微弱信号的检测方案设计 一、原理分析 针对微弱信号的检测的方法有很多，比如滤波法、取样积分器、锁相放大器等。下面就针对这几种方法做一简要说明。 方案一：滤波法。 在大部分的检测仪器中都要用到滤波方法对模拟信号进行一定的处理，例如隔离直流分量，改善信号波形，防止离散化时的波形混叠，克服噪声的不利影响，提高信噪比等。常用的噪声滤波器有：带通、带阻、高通、低通等。但是滤波方法检测信号不能用于信号频谱与噪声频谱重叠的情况，有其局限性。虽然可以对滤波器的通频带进行调节，但其噪声抑制能力有限，同时其准确性与稳定性将大打折扣。 方案二：取样积分器 取样积分法是利用周期性信号的重复特性，在每个周期内对信号的一部分取样一次，然后经过积分器算出平均值，于是各个周期内取样平均信号的总体便呈现出待测信号的真实波形。由于信号的取样是在多个周期内重复进行的，而噪声在多次重复的统计平均值为零，所以可大大提高信噪比，再现被噪声淹没的波形。 其系统原理图如图2-1所示。 Vo(t) Vr(t)
一个取样积分器的核心组件式是取样门和积分器，通常采用取样脉冲控制RC 积分器来实现，使在取样时间内被取样的波形做同步积累，并将累积的结果保持到下一次取样。 取样积分器通常有定点式和扫描式两种工作模式。定点式是测量周期信号的某一瞬态平均值，经过m 次取样平均后，其幅值信噪比改善为ni si n s V V m V V ；扫描式取样积分器利用取样脉冲在信号波形上延时取样，可用于恢复与记录被测信号的波形，由于其采样过程受到门脉冲宽度的限制，只有在门宽范围内才能被取样。 方案三：锁相放大器 锁相放大器也称为锁定放大器（Lock-In-Amplifier,LIA ）。它主要作为一个极窄的带通滤波器的作用，而非一般的滤波器。它的原理是基于信号与噪声之间相关特性之间的差异。锁相放大器即是利用互相关原理设计的一种同步相关检测仪，利用参考信号与被测信号的互相关特性，提取出与参考信号同相位和同频率的被测信号。锁定放大器可在比被测信号强100dB 的噪声干扰中检测出有用信号。其原理框图如图2-3。 锁相放大器的核心部件是鉴相器，它实现了被测信号与参考信号的互相关运算。它把输入信号与参考信号进行比较，当两个信号相位完全 放大器 带通滤波 鉴相器 低通滤波器 移相器 本地振荡器 Vs(t)+Vn(t V o
项目支持：北京市科技攻关项目，农业节水灌溉监测与控制设备研制与开发（D0706007040191）国家“十一五”科技支撑计划农产品流通过程信息化关键技术与系统研发（2006BAD10A04） 国家“十一五”科技支撑计划灌区地下水开发利用关键技术（2006BAD11B05） 微弱信号检测的前置放大电路设计 张石锐1，2，郑文刚2*，黄丹枫1，赵春江2 （1.上海交通大学农业与生物学院上海市 200240 2.国家农业信息化工程技术研究中心北京市 100097） 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求，论文设计了以电流电压转换器，仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离，提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路，并利用微弱低频信号进行了测试，得到了理想的效果。 关键字：精准农业、微弱信号检测、仪表放大器、前置放大电路 中图分类号：TN721.5 文献标识码：A The design of preamplifier circuit based on weak signal detection ZHANG Shi-rui1，2，ZHENG Wen-gang2，HUANG Dan-feng1，ZHAO Chun-jiang2 (1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing, 100097, China) Abstract：Combined with the demand of the detection of weak signal in precision agriculture, the article introduced the circuit principle of deigning preamplifier circuit whit I/V Conversion level, instrumentation amplifier level and low-pass filter level. At the same time the article discussed the circuit's noise suppression and isolation according to the characteristics of the weak signal, and gave the method of choosing elements and noise reduction. Finally, gave the design of the weak signal detection pre-amplifier using the program-controlled integrated instrumentation amplifier PGA202. Key words: precision agriculture ，weak signal detection, instrumentation amplifier, preamplifier 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。
轴承故障诊断 1.1、轴承状态检测的意义： 伴随着科学技术的发展，现代化设备日趋大型化、自动化和连续化。设备一旦发生故障将给产品的质量、乃至人员的生命安全构成严重威胁，因此，企业在设备的维护中花费了大笔费用，以保证其安全运行，如今，保证设备的正常运行，最大限度的减少费用，保证安全，设备故障诊断无疑成为解决这些问题的重要手段。例如滚动轴承，作为机电系统中非常重要的零件，同时又是极易受损的零件，而滚动轴承的状态对工业生产、交通运输等很多方面有很多影响。对于工业生产来说，如果能随时地检测到轴承的工作状态，并进行恰当的维护，将会给生产带来更大的经济效益。然而对于交通运输来说，只有保证列车滚动轴承工作在良好的状态下，才能保证旅客的安全，以及运输系统的正常运作。据统计，在使用滚动轴承的大多旋转机械中，约30%的机械故障是由滚动轴承造成的。文献①，由于设计不当和安装工艺不好或者是使用状态不佳，或突发载荷的影响，使轴承在正常运行一段时间之后，产生缺陷，并且在继续运行中进一步恶化，使轴承的运行状态发生变化。因此，对轴承故障的诊断就显得十分重要。 1.2、轴承状态检测常用方法： 1.2.1、温度法：用温度传感器检测轴承座或轴承外的箱体处的温度，来判断轴承的工作状态是否正常。温度检测对轴承载荷、速度和润滑情况的变化比较敏感，尤其对润滑不良而引起的轴承过热现象很敏感。但是，当轴承出现早期点蚀、剥落、轻微磨损等比较微小的故障时，温度检测就无能为力了。因此，这一方法有其明显的不足。文献① 1.2.2、油样分析法：从轴承所使用的润滑油中取出油样，通过收集和分析油样中金属颗粒的大小和形状来判断轴承的受损情况。但是这种方法只适用于润滑有轴承，对于脂润滑来说，就不适用了。同时，可能受到从外围部件上掉下的颗粒的影响，使判断结果的准确性受影响。这种方法也有其局限性。文献① 1.2．3、振动信号分析法：通过安装在轴承底座或箱体恰当位置上的振动传感器检测轴承的振动信号，并对采集到的信号进行分析和处理来判断轴承的状态，振动法具有如下优点：
中北大学 课程设计说明书 学生姓名:罗再兵学号： 0906044151 学院: 电子与计算机科学技术学院 专业: 电子科学与技术 题目: 信号放大滤波电路设计 指导教师：孟令军职称: 副教授 2011 年 12 月 30日
目录 1、设计任务 (2) 2、设计目的 (2) 3、设计方案 (2) 4、参考电路设计与分析 (3) 4.1、同相比例放大器 (3) 4.2、二阶压控电压源低通滤波器 (3) 4.3、二阶压控电压源高通滤波器 (4) 5、信号放大滤波电路 (5) 5.1信号放大滤波电路设计 (5) 5.2信号放大滤波电路仿真 (6) 5.3信号放大滤波电路性能评估 (8) 5.4信号放大滤波电路PCB板图 (8) 6、设计仪器设备 (9) 7、设计心得 (9)
一. 设计任务 1、查阅熟悉相关芯片资料； 2、选择合适的运算放大器，实现信号的3级放大；总放大倍数为12； 3、并通过高通、低通滤波电路滤波； 4、利用PROTEL 绘制电路原理图和印刷板图，并利用multisim 软件仿真。 二. 设计目的 1、掌握电子电路的一般设计方法和设计流程。 2、学习使用PROTEL 软件绘制电路原理图和印刷版图。 3、掌握应用multisim 对设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的 正确性。 三．设计方案 由设计题目和设计要求可知，设计此电路需要用到集成运算放大器和高 低通滤波电路，首先信号放大12倍，我们选用同相比例放大器放大，该电路结构简单，性能良好；滤波电路部分我们选用典型的二阶压控电压源低通滤波器和二 阶压控电压源高通滤波器，该电路具有电路元件少，增益稳定，频率范围宽等优点。设计框架图如下： 信号输入 信号输出 图1 信号放大滤波电路设计方案 图1为信号放大滤波电路设计方案。在这一方案中，系统主要由同相比例放大器、二阶压控电压源低通滤波器、二阶压控电压源高通滤波器组成。 由于要求实现信号的3级放大，总放大倍数为12，信号经过同相比例放大器 后放大12倍，再经过二阶压控电压源低通滤波器（在通频带内增益等于1）过滤掉高频信号而留下所需频率信号，然后再经二阶高通滤波器（在通频带内增益等于1）后就可以得到我们所需频段的信号。 同相比例放大器 二阶压控电压源低通滤波器 二阶压控电压源高通滤波器
一种新型信号调理电路的设计 娄莹１，王雪洁２ （１鞍山科技大学电子信息工程学院，辽宁鞍山１１４０４４；２浙江大学城市学院信息与 电子学院，杭州３１００１５） 摘要：介绍一种能对各种不同的标准信号、非标准信号进行采集的通用电路。采用一种很新颖的设计方法，在不改变硬件情况下，使用软件进行简单的设定，通过单片机完成对光继电器的控制及数字电位器的调节从而实现对不同信号的采集。 关键词：单片机；光继电器；数字电位器 中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－１３９０（２００５）０８－００４３－０３ !ＬＯＵＹｉｎｇ１JＷＡＮＧＸｕｅ－ｊｉｅ２ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎJＡｎｓｈａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙJ Ａｎｓｈａｎ１１４０４４JＬｉａｏｎｉｎｇJＣｈｉｎａZ２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＣｉｔｙＣｏｌｌｅｇｅJＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１５JＣｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ_Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓａｇｅｎｅｒａｌｃｉｒｃｕｉｔｕｓｅｄｔｏｓａｍｐｌｅｆｏｒａｌｌｋｉｎｄｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔａｎｄａｒｄａｎｄｎｏｎ－ｓｔａｎｄａｒｄｓｉｇｎａｌｓ．ＡｎｅｗｔｙｐｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄJｉｔｄｏｅｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｏｎｌｙｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｓｉｍｐｌｅｓｅｔｔｉｎｇ－ｕｐｂｙｓｏｆｔｗａｒｅJｃｏｕｌｄｆｉｎｉｓｈｃｏｎｔｒｏｌｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙａｎｄａｄｊｕｓｔｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｔｈｒｏｕｇｈＳＣＭJａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｉｇｎａｌｃｏｕｌｄｂｅｓａｍｐｌｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ_ＳＣＭZｌｉｇｈｔｍｉｃｒｏｒｅｌａｙZｄｉｇｉｔａｌｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒ ＤｅｓｉｇｎｏｆａＳｉｇｎａｌＡｄｊｕｓｔＣｉｒｃｕｉｔ ０引言 在实际生产中往往需要对多种物理信号进行检测以便实现计量和控制，针对不同的信号往往需要不同的采集电路［１－５］，这样一来在设计、安装与调试方面就存在很多不便之处。本文提出一种通用的可对多种信号进行采集的信号调理电路。若将此电路应用于仪器仪表中，则不必开箱，只需通过软件设定即可接收工业现场常见的各种信号，并可同时对八个通道模拟量进行采样记录，各个通道完全隔离。本电路适用于精密物理量测量的场合，如煤气、水、蒸汽、重油等资源流量的测量。 １硬件设计 信号调理电路单路输入的硬件结构如图１所示，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。 信号输入电路由精密基准电源ＭＡＸ８７２、光继电器ＡＱＷ２１２Ｅ、运放４５０２及精密仪表开关电容模块ＬＴＣ１０４３等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差；另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。ＭＡＸ８７２具有较宽的电压输入范围（２．７～２０Ｖ），输出精度可达２．５００Ｖ±０．２％。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是双精密仪表开关电容，电容外接，多用于精密仪表放大电路、压频转换电路和采样保持电路等。当内部开关频率被设定在额定值３００Ｈｚ时，ＬＴＣ１０４３ＣＮ的传输精确度最高，此时电容器ＣＳ和ＣＨ大小均为１μＦ。ＬＴＣ１０４３ＣＮ和运放ＬＴ１０１３组成差分单端放大器，采用ＬＴＣ１０４３ＣＮ为差分输入的电压采样值，电压保持在电容器ＣＳ上并送到接地参考电容器ＣＨ中，而ＣＨ的电压送到ＬＴ１０１３的非反相输入端放大。ＬＴＣ１０４３ＣＮ是通过电容完成电压的传输，使电压由差分输入变为单端输入，并起到了很好的信号隔离作用，在本设计中双电容的巧妙 ４３ －－
参考文献 [a] 侯桂庆，高殿荣，杨林杰.螺旋泵简介和锥形螺旋叶片泵的研究[J].液压与气动，2004,11:10~11 [1] Karassik，Igor J．，Joseph P．Messina，Paul Cooper，et a1．Pump Handbook(3rd Edition)[M]，McGraw-Hill，New York 2001 [2] 许贤良，王传礼.液压传动[M].北京：国防工业出版社，2008 [3] 王立鼎,刘冲.微机电系统科学与技术发展趋势[J].大连理工大学学报,2000,40:508-511 [3a] 王沫然，李志信.基于MEMS的微泵研究进展[J].传感器技术，2002,21（6）：59~61 [4] Michalicck M A.Introduction to microelectromechanical systems[R].New Mexico:Air Force Research Laboratory,2000 [5] SMITS J G.Piezoelectric Micropump with three valves working peristaltically[J].Sensors and Actuators,1989,20:203-206 [5a] 苏宇锋，陈文元. 基于MEMS的微泵研究进展[J].微纳电子技术，2004,5:33~40 [6] Yole Development,Status of the MEMS Industry[EB/OL].[2012-07].http://www.i-micro-news. com/upload/Rapports/Yole-Status-of-the-MEMS-Industry.July-2012-web.pdf [7] 许忠斌,杨世鹏,刘国林等.微泵的研究现状与进展[J].液压与气动,2013,6:7-12 [8] Kan Jun Wu,Yang Zhigang,Peng Taijiang,etc.Design and test of a high-performance piezoelectric micropump for drug delivery[J].Sensors and Actuators A,2005(121）：156-161 [9] S.M.Ha,W.Cho,Y.Ahn.Disposable thermo-pneumatic micropump for bio lab-on-a-chip application[J].Micro-electronic Engineering,2009,86:1337-1339 [10] Melvin Khoo，Chang Liu. A novel micromachined magnetic membrane microfluid pump[C]. Proceeding of the 22nd Annual EMBS International Conference，Chicago，IL，2000：2394~2397 [11] William L.Benard，Harold Kahn，Arthur H.Heuer，etc. Thin-film shape-memory alloy actuated micropumps[J]. Journal of Microelectromechanical Systems，1998，(7)2：245~251 [12] E. Quandt. Giant magnetostrictive thin film materials and applications[J]. Journal of Alloy and Compound，1997(258)：126~132 [12a] 施卫东，李伟，刘厚林等.国内泵业技术现状与发展趋势[J].农林化研究，2005（5）：24~26 [12b] 王沫然，李志信.基于MEMS的微泵研究进展[J].传感器技术，2002，21（6）:59~61 [12c] 任智惠.泵行业技术现状及发展趋势[J].机电产品市场，2004（9）：86~87 [12d] 赵继宝.国内外水泵技术的研究现状与发展前景[J].鸡西大学学报，2008,8（2）：110~111 [13] 王传礼,丁凡,许贤良.基于GMM转换器喷嘴挡板伺服阀的研究[M].徐州：中国矿业大学 出版社.2006 [13a0] 唐志峰.超磁致伸缩执行器的基础理论与实验研究[D].浙江大学，2005 [13a1] 王福吉.正负超磁致伸缩复合薄膜静动态特性及控制关键技术[D].大连理工大学：2005 [13a] 王博文.超磁致伸缩材料制备与器件设计[M].北京：冶金工业出版社，2003 [13b] 李陪，伍虹.国外稀土超磁致伸缩材料的研究状况.稀土，1990,11（6）：52~59 [13c] 李扩社，徐静，张深根.稀土超磁致伸缩材料进展[J].金属功能材料，2003，10（6）：30~33 [14] 宜振兴,邬义杰,王慧忠等.超磁致伸缩材料发展动态与工程应用研究现状[J].轻工机械,2011(29)1:116-119 [15]URAI T，SUGIY AMA T.Development of a direct-drive servovalve using a giant magnetostrictive material[J].Nippon Kikai Gakkai Ronbunshu，C Hen/Transactions of the Japan
微弱信号检测的前置放大电路设计 摘要：针对精准农业中对微弱信号检测的技术需求,论文设计了以电流电压转换器,仪表放大器和低通滤波器为主要结构的微弱信号检测前置放大电路。结合微弱信号的特点讨论了电路中噪声的抑制和隔离,提出了电路元件的选择方法与电路设计中降低噪声干扰的注意事项。本文利用集成程控增益仪表放大器PGA202设计了微弱信号检测前置放大电路,并利用微弱低频信号进行了测试,得到了理想的效果。 1、引言 精准农业主要是依据实时获取的农田环境和农作物信息，对农作物进行精确的灌溉、施肥、喷药，最大限度地提高水、肥和药的利用效率，减少环境污染，获得最佳的经济效益和生态效益[1]。农田环境和农作物信息的准确获取取决于可靠的生物传感技术。如常规精准灌溉主要关注空气的温度、湿度和土壤的含水量，利用这些参数的变化控制对农作物的灌溉，而作物自身产生的一些信号能够更准确的反映其自身的生理状况，通过检测这些信号控制灌溉可以使灌溉更精确。目前精准灌溉技术正朝着以环境信息和农作物生理信息相结合为控制依据的方向发展，为此各种生物传感器如植物电信号传感器、植物茎流传感器等应运而生。但一般作物自身生理状况产生的信号极其微弱，往往电流信号只能达到纳安级，电压信号也只能达到微伏级。为有效的利用这些信号，应首先对其进行调理，本文根据植物生理信号的特点设计了适合此类微弱信号检测的前置放大电路。 2、电路基本结构 生物传感器所产生的信号一般为频率较低的微弱信号，检测不同的植物生理参数，可能得到电压或电流信号。对于电流信号，应首先把电流信号转换成为电压信号，通过放大电路的放大，最后利用低通滤波器，滤除混杂在信号中的高频噪声。微弱信号检测前置放大电路的整体结构如图1。 考虑到传感器产生的信号非常微弱，很容易受到噪声的污染，所以放大电路选择仪表放大器结构。仪表放大器拥有差分式结构，对共模噪声有很强的抑制作用，同时拥有较高的输入阻抗和较小的输出阻抗，非常适合对微弱信号的放大。另外为了使输出电压在高频段以更快的速度下降，提高低通滤波器滤除噪声的能力，这里选择了二阶低通滤波器。微弱信号检测前置放大电路原理图如图2。生物传感器产生的生物信号通常具有很大的动态范围，达到几个数量级，原理图中R2 为可变电阻，通过改变R2 的阻值，可以改变仪表放大器的放大倍数，从而适应放大不同大小的微弱信号。
高 频 小 信 号 放 大 器 设 计 学号:320708030112 姓名:杨新梅 年级:07电信本1班 专业:电子信息工程 指导老师:张炜 2008年12月3日
目录 一、选题意义 (3) 二、总体方案 (4) 三、各部分设计及原理分析 (7) 四、参数选择 (11) 五、实验结果 (17) 六、结论 (18) 七、参考文献 (19)
一、选题的意义 高频小信号放大器是通信设备中常用的功能电路，它所放大的信号频率在数百千赫至数百兆赫。高频小信号放大器的功能是实现对微弱的高频信号进行不失真的放大，从信号所含频谱来看，输入信号频谱与放大后输出信号的频谱是相同的。 高频小信号放大器的分类： 按元器件分为：晶体管放大器、场效应管放大器、集成电路放大器; 按频带分为：窄带放大器、宽带放大器; 按电路形式分为：单级放大器、多级放大器; 按负载性质分为：谐振放大器、非谐振放大器; 其中高频小信号调谐放大器广泛应用于通信系统和其它无线电系统中，特别是在发射机的接收端，从天线上感应的信号是非常微弱的，这就需要用放大器将其放大。高频信号放大器理论非常简单，但实际制作却非常困难。其中最容易出现的问题是自激振荡，同时频率选择和各级间阻抗匹配也很难实现。本文以理论分析为依据，以实际制作为基础，用LC振荡电路为辅助，来消除高频放大器自激振荡和实现准确的频率选择；另加其它电路，实现放大器与前后级的阻抗匹配。
二、总体方案 高频小信号调谐放大器简述： 高频小信号放大器的功用就是无失真的放大某一频率范围内的信号。按其频带宽度可以分为窄带和宽带放大器，而最常用的是窄带放大器，它是以各种选频电路作负载，兼具阻抗变换和选频滤波功能。对高频小信号放大器的基本要求是： （1）增益要高，即放大倍数要大。 （2）频率选择性要好，即选择所需信号和抑制无用信号的能力要强，通常用Q值来表示，其频率特性曲线如图-1所示,带宽BW=f2-f1= 2Δf0.7，品质因数Q=fo/2Δf0.7. 图-1频率特性曲线
摘要 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。是指利用内部的电路(如滤波器、转换器、放大器等…)来改变输入的讯号类型并输出之。把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。但由于传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字信号之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号等。信号调理将把数据采集设备转换成一套完整的数据采集系统，这是通过直接连接到广泛的传感器和信号类型来实现的。信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤波等操作转换成采集设备能够识别的标准信号。若信号很小，则要经过放大将信号调理到采集卡能够识别的范围，若信号干扰较大，就要考虑采集之前作滤波了。 关键词：放大器，传感器，滤波，信号采集
1设计任务描述1.1设计题目：信号调理电路 1.2设计要求 1.2.1设计目的 （1）掌握传感器信号调理电路的构成，原理与设计方法（2）熟悉模拟元件的选择，使用方法 1.2.2基本要求 （1）输出幅度在0-3V，线性反应输入信号的幅值 （2）信号的频率范围在50Hz-10KHz （3）匹配的信号源一般复读在100mv，内阻10KΩ左右（4）匹配的负载在100kΩ左右，信号传输的损失尽量小 1.2.3发挥部分 （1）超出上下限的保护电路及指示 （2）电桥信号采集 （3）其他
2设计思路 这次我们小组课程设计的题目是信号调理电路。 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 在初始阶段用一个电压跟随器来发出信号，利用一个电桥收集信号并发出差分电压，选择放大器与传感器正确接口，使放大器与传感器特性匹配，测量应变片传感器通常要通过桥网络，用高精度和非常低漂移(随温度)的精密电压基准驱动放大器A1。这可为桥提供非常精确、稳定的激励源。因为共模电压大约为激励电压的一半，所以被测信号仅仅是桥臂之间小的差分电压。放大器A2、A3、A4必须提供高共模抑制比，所以仅测量差分电压。这些放大器也必须具有低值输入失调电压漂移和输入偏置电流，以使得从传感器能精确地读数。 在电路的输出端接入一个小绿灯，来判定电路的电压是否超出题目要求范围，并由示波器显示激励源的波形
东海科学技术学院 毕业论文（设计）文献综述 题目：电缆探测仪器 系： 学生姓名： 专业： 班级： 指导教师： 起止日期：
金属探测仪器 本次设计的主要任务是设计金属探测仪，金属都有个共同特性，即导电性。由于此性质，在当高频电磁波辐射到金属后，引起涡流效应[3]，从而使辐射体的参数变化，如阻抗、等效电感量[9]等变化，再将这些参数的变化转化成电压、电流[11]、音调的变化效果作为输出指示地下电缆探测仪是电缆维护、电缆施工者的必备工具，地下电缆探测仪，它具备电缆探测中的四大功能，地埋电缆探测仪全面满足各项地下电缆探测的全面需求。带电电缆的路径查找及寻踪、运行电缆的路径查找及寻踪、运行电缆的识别和判断、施工过程中的电缆检测、直埋电缆的故障查找、多种方法电缆深度的准确判读。多年来我们通过全国范围的调研、创新型的研发，用最新的方法、独特的技术研制出了地埋电缆探测仪。光/电缆路[8]由探测仪的研制成功填补了我国在电力电缆探测仪方面的空白，地下电缆路由探测仪使电缆探测技术达到了崭新的高度[3]。 使用地下电缆路径仪(地下电缆探测仪)可以轻松解决了带电电缆路径查找的问题.地埋线探测仪还可直接查找50Hz运行电缆的路径。带电的电缆的路径查找是该带电电缆路径仪的一大特点，该地下电力电缆探测仪器可探测各种高压电缆、低压电缆、光缆的路径。将测量耦合夹钳夹住待测的电缆，通过耦合夹钳在目标电缆上直接产生感应信号。此时沿电缆路径即可接收到信号。此种工作方式可以探测电缆深度不小于3.5米，探测电缆长度不小于3公里。 运行电缆路径仪接收机[8]能够探测运行电缆的50Hz频率。这种工作方式对于区分地下带电电缆及带电电缆、不带电的电缆和金属管探测有很实用的用处。将便携式电缆寻踪仪接收机的工作频率选择为50Hz频率。由于这种工作方式快捷而有效，因此十分的实用。在这种方式中，不需要使用发射器。 在道路施工和建筑施工中，对地面进行开挖是经常的事情。但施工方往往不能及时准确地掌握开挖地区内地下管线及电力电缆的位置和深度等相关资料。目前，由于盲目开挖而导致的各种事故屡见不鲜，供水管路的被挖破、电力电缆、光缆被挖断等等，不但给社会生活造成了很大的影响，同时也给施工方造成很多不必要的损失。开挖前对工作区域内地下管线和电缆的探查已经成为一项必不可少的而且非常有价值的工作。电缆路由探测仪是专门针对“开挖前的电缆、光缆、金属管道探测”这一目的而研发。"这里能不能进行开挖?" 作为施工单位,会经常面对这样的问题? 地下电缆探测仪操作简单,地下电缆探测仪可快速探明开挖区域内地下管线的状况,避免盲目开挖带来的不必要的损失.此种工作方式可探测电缆深度不小于2米[15]。 在建设房子和房屋装修,对于电缆的排布也要清楚它的电缆走向,在装修过程中,如果对电缆走向不明确,很容易出现施工过程中电缆被意外切断,造成意外事故。本次设计中就设计一个电缆探测仪,来检查墙壁中的电缆走向,在开关断的电缆接线头输入一个高频,通过一个信号接收器在电缆周围来回移动,接收到的信号强弱来判断电缆的位子,接近电缆信号强,远离电缆则信号弱。 金属探测器有很多种型号，双线圈金属探测器[14]，能耗型金属探测器[7]，频差式金属探测器等本次毕业设计通过对粗略的一些方案进行预测，最后确定一个具体方安，即就是要做的设计，对一个通有高频信号的导线用金属探测器[7]来检测，通过探测电路的信号F1和检测电路信号F2的频差经过放大输出得到一个让人能听到的声音，用耳机接听来判断电缆的位置。。本次设计用到两个振荡电路，即探测电路的电压反馈振荡电路和固定频率信号的方
长春工程学院 高频电子线路课程设计（论文）题目：高频小信号放大电路设计 学院：电子与信息工程学院 专业班级：电子0942班 学号：20号、31号、9号、26号 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2011.9.22~2011.10.20 电气与信息学院 和谐勤奋求是创新
内容摘要 高频小信号谐振放大电路 摘要:掌握高频小信号谐振放大器的工程设计方法,谐振回路的调谐方法,放大器的各项技术指标的测试方法及高频情况下的各种分布参数对电路性能的影响,表征高频小信号谐振放大器的主要性能指标由谐振频率fo,谐振电压放大倍数Avo,放大器的通频带BW及选择性（通常用矩形系数Kr0.1）。 关键词： 1.谐振频率放大器的谐振回路谐振时所对应的频率f0称为谐振频率。 2.电压增益放大器的谐振回路谐振时所对应的电压放大倍数Avo称为谐振放大器的电压增益（放大倍数） 3.通频带由于谐振回路的选频作用，当工作频率偏离谐振频率时，放大器的电压放大倍数下降，习惯上称电压放大倍数Av下降到谐振电压放大倍数Avo的0.707倍时所对应的频率范围称为放大器的通频带BW。 4.矩形系数谐振放大器的选择性可由谐振曲线的矩形系数Kr0.1来表示矩形系数Kr0.1为电压放大倍数下降到0.1Avo时对应的频率范围与电压放大倍数下降到0.707Avo时对应的频率偏离之比。 工作计划： 1.确定电路形式。 2.设置静态工作点。 3.计算谐振回路的参数。 4.确定输入耦合回路及高频滤波电容。
content of marketing plan Resonant frequency small-signal amplifier Abstract: High-frequency small-signal resonance amplifier master of engineering design methods, resonant circuit tuning method, the technical specifications of the amplifier test methods and high-frequency parameters of various distributions in case of impact on circuit performance and characterization of high-frequency small-signal the main performance indicators of the resonant amplifier from the resonant frequency fo, the resonant voltage gain Avo, the amplifier passband BW and selective (usually rectangular coefficient Kr0.1). Keywords: 1 resonant circuit resonant frequency amplifier corresponding to the resonance frequency f0 is called the resonant frequency. 2 the resonant circuit voltage gain of the amplifier corresponding to the resonance voltage gain Avo called resonant amplifier voltage gain (magnification) 3 pass-band frequency selection as the role of the resonant circuit when the frequency deviation from the resonant frequency, the amplifier voltage gain drop, used to call down to the voltage gain Av resonant voltage gain Avo of 0.707 times the frequency range corresponding to known as the amplifier passband BW. 4 rectangular resonant amplifier selectivity coefficient by coefficient Kr0.1 resonance curve of the rectangle to represent a rectangle for the voltage gain coefficient Kr0.1 down to 0.1Avo corresponding to the frequency range and voltage gain drops to 0.707Avo the frequency corresponding to deviation of the ratio. Work plan: 1 to determine the circuit form. 2 set the quiescent operating point. 3 calculate the resonant circuit parameters. 4 Make sure the input coupling loop and high frequency filter capacitor. 设计任务说明
` 气体传感器的发展概况 和发展方向 玛日耶姆·图尔贡 107551600545 Word文档
气体传感器的发展概况和发展方向 【摘要】本文对气体传感器进行分类，介绍了半导体型气体传感器、电阻型气体传感器、非电阻型气体传感器等几种常见气体传感器的特性、总结了这些气体传感器的工作原理，并阐述这几种气体传感器在日常生活及特殊场合中的应用及其选用时的原则。探讨了气体检测仪器在检测对象、检测围和检测方式上向小型化、智能化、多功能化和通用化等方面不断向前发展的方向。 【关键词】气体传感器；特性；应用；发展方向 一、前言 目前，随着人们环保意识的提高，环境问题日益受到政府和社会关注。环境问题变成了重要的民生问题，影响到人民生活幸福感，甚至环境问题严重威胁群众健康。 近年来生态环境污染状况日趋严重，各种工业废水，废气直接排入水体及空气，造成极为严重的环境污染。影响着人们的正常生活和生存发展，并导致环境污染的气体进行处理是十分急迫的问题。随着科学技术的发展,人们生活水平的提高,对气体传感器的需求已有所不同;同时,随着近年酸雨、温室效应、臭氧层破坏、环境污染等,严重影响了人类的健康和生存,这就给气体传感器提出了新的研究课题和增加了新的研究容和难度。检测气体的种类由原来的还原性气体(H2、 C4、 H10、 CH4等)扩展到毒性气体(CO、NO2、 H2S、NO、NH3、 PH3等)以及食品有关的气体(鱼、肉鲜度(CH3)3、醋酸乙脂等)[1]。气体传感器作为气体检测最基础的部分，为了满足这些需求,气体传感器必须具有较高的灵敏度和选择性,重复性和稳定性要好,而且能批量生产,性能价格要高等。 随着人们环保意识的增强以及各国对有毒气体排放和污染物排放方面的严格立法，各种气体传感器正在得到越来越广泛的应用。目前，随着生命科学、人工智能、材料科学等学科的发展，气体传感器的应用领域越来越广泛，在大气监测、食品工业、汽车尾气快速实时测定、有毒气体检测安全检查和航空航天等方面，越来越多地显示出气体传感器的重要作用[2]。 二、气体传感器的发展概况 2.1气体检测仪 气体检测仪是一种气体泄露浓度检测的仪器仪表工具，主要是指便携式/手持式气体检测仪。主要利用气体传感器来检测环境中存在的气体种类。气体检测的目的是分析各种气体混合物中各组分的含量或其中某一组分的含量。气体检测仪表一般由传感器、信号放大、处理单元、显示单元以及控制单元组成，其中传感器是最关键的部分。 2.2传感器 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。传感器按其基本效应可分为：物理传感器，化学传感器，生物传感器。按检测对象，化学传感器分为气体传感器、湿度传感器、离子传感器。 物理传感器 传感器生物传感器气体传感器 化学传感器离子传感器 湿度传感器