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智能仪器课程设计智能仪器课程设计
目录
1.硬件系统设计……………………………………………………… 2
1.1 电感传感器设计…………………………………………………… 2
1.2 转换电路设计……………………………………………………… 3
1.3 正弦激励电路设计………………………………………………… 3
1.4 相敏检波电路设计………………………………………………… 4
1.5 低通滤波器设计…………………………………………………… 4
1.6 单片机设计………………………………………………………… 5
1.7 程控放大电路设计………………………………………………… 7
1.8 数模转换电路设计………………………………………………… 8
1.9 LCD 显示电路设计………………………………………………… 9
2.软件系统设计……………………………………………………… 10
2.1 系统设计流程图 ………………………………………………… 10
2.2 AD574全12位转换子程序……………………………………… 11
2.3 AT89C51与AD转换器连接程序………………………………… 15
2.4 LCD1602源程序…………………………………………………… 16
3.改进意见……………………………………………………………… 17
4.心得体会……………………………………………………………… 17
5.参考文献……………………………………………………………… 18
1. 硬件系统设计
1.1 电感传感器设计
图1-1 轴向式电感传感器结构图
电感器的选择:
电感传感器是利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置,可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等各种物理量。
电感传感器的核心部分是可变自感或可变互感,在被测量转换成线圈自感或互感的变化时,一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象,这类传感器的主要特征是具有线圈绕组。
电感传感器具有以下优点:结构简单可靠,输出功率大,抗干扰能力强,对工作环境要求不高,分辨力较高,示值误差一般为示值范围的0.1%-0.5%,稳定性好。它的缺点是频率响应低,不宜用于快速动态测量。一般来说,电感式传感器的分辨力和示值误差与示值范围有关。示值范围大时,分辨力与示值精度将相应降低。
传感器测头检测到被测物体的位移,通过测杆带动衔铁产生移动,从而使线圈的自感或互感系数发生变化。自感或互感信号再通过引线介入测量电路进行测量。电感传感器本身是互感系数可变的变压器,当一次测线圈接入激励电源后,二次线圈就将感应产生的电压输出。互感变化时,输出电压将作相应的变化。
设计要求测量范围±1mm/±0.1mm,综合测量误差小于1μm/0.1μm。所以采用传感器DGC-8ZG/D,该传感器的测量范围为±1.1mm,总行程3mm,线性误差±0.5%,重复性误差0.03μm,测力0.45-0.65N,为基本型。
电感量变化的表达式为
式(1)
式(1)中: h , R , r , u0 均为与线圈和磁芯几何、物理参数有关的常数; t0 为磁芯在线圈内初始伸入深度; L0 为初始电感量。由式可(1)见,线圈电感量的变化ΔL 正比于测杆位移量的变化量Δt ,也就正比于被测部件位置的变化量。
1.2 转换电路设计
图1-2 转换电路
为了对传感器给出的电感信号进行放大、处理和显示,需将电感量的变化ΔL 转换为电压信号。该测量仪采用交流测量电桥完成这一任务,其原理如图所示。电桥的两臂Z1 和Z2 为电感传感器中两个线圈的阻抗(线圈电感L 与电阻r 的等效阻抗) ,另外两臂为电源变压器次级线圈的两半绕组(每半绕组的电势为u) 。当电感传感器的铁芯处于中间位置时,两线圈的阻抗相等,即Z1=Z2 ,则Usc=0 ,电桥处于平衡状态,无输出电压。当测杆上升时, 上线圈阻抗增加, 即Z1=Z+ΔZ ,下线圈阻抗减少,即Z2=Z-ΔZ ,则有Usc=(ΔZ/Z)u,当测杆下降同样位移时,上述变化相反,有Usc=-(ΔZ/Z)u。
正弦激励电路的设计
图1-3 100KHz正弦振荡电路
传感器精度要求激励源必须非常的稳定,不能随负载和温度变化。因此采用有源晶振提供稳定的激励信号,设计电压反馈稳幅环节保持激励信号的幅值稳定。100KHz正弦激励,降低电极阻抗,高检测电路频响和提高精度。晶振X1输出100KHz方波信号,解成傅里叶级数为:
1.4 相敏检波电路设计
图1-4 相敏检波电路
电路如图所示。VD1、VD2、VD3、VD4 为四个性能相同的二极管, 以同一方向串联成一个闭合回路, 形成环形电桥。 输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T1
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