传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计 2.docx

精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结燕山高校课 程 设 计 报告可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结题目： 传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计学院（系）： 电气工程学院年级专业： 10 级外表 2 班学 号：同学姓名：指导老师：童凯老师职称：副教授燕山高校课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教案单位： 自动化外表系可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设1 测量范畴0-5mm 。计2 输出电压0-10V 。技3 极板面积4cm2。术4 灵敏度：参5 精度：学 号100103020212同学姓名马文彬专业（班级）外表 2 班设计题目 传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计数6 迟滞误差：1 学习电路仿真软件Circuit Design Suite10.0 。设计要求2 设计与仿真调试各种传感器转换电路。3 设计差动电容位移传感器沟通电桥转换电路。4 电容传感器转换电路调试。5 撰写报告、完成答辩.第 17-18 周（完成资料查阅、方案设计、电路仿真、硬件调试、测试及误差分析等内容）工作量工作方案设计时间共 10 天.第 1-2 天 资料查阅 图书馆及网络 。理论工作原理学习 .第 3-4 天 设计方案制定 .第 5-6 天 电路仿真，各器件选型.第 7-8 传感器转换电路调试.第 9-10 天 撰写报告，完成答辩.参考资料张玉龙等 .传感器电路设计手册 .中国计量出版社 .1989 年李科杰等 .新编传感器技术手册 .国防工业出版社 .2002 年吴桂秀 .传感器应用制作入门.浙江科学技术出版社.2004 年杨宝清，孙宝元 . 传感器及其应用手册. 2004 年单成祥 . 传感器的理论与设计基础及其应用殷淑英 . 传感器应用技术 .冶金工业出版社. 国防工业出版社 . 1999 年.2021 年指导老师签字童凯基层教案单位主任签字谢平说明：此表一式四份，同学、指导老师、基层教案单位、系部各一份.燕山高校课程设计评审看法表可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结指导老师评语：1、仔细、很好的完成课设各阶段的任务2、能够较好的完成课设各阶段的任务.【】.【】3、能够按时完成课设各阶段的任务4、不按时完成课设各阶段的任务.【】.【】成果：指导老师：王志斌赵彦涛2021 年 12 月 28 日答辩小组评语：1、全面、得体的回答老师的提问.【】2、能够简要回答老师的提问3、能够回答部分老师的提问4、不能回答老师的提问.【.【.【】成果：组长： 童凯2021 年 12 月 28 日课程设计总成果：答辩小组成员签字：童凯 吴飞 王志斌 赵彦涛 陈颖 朱丹丹2021 年 12 月 28 日目录第 1 章摘要1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第 2 章引言2第 3 章基本原理 3 第 4 章参数设计及运算 54.1 结构设计 54.2 电容设计与运算 84.3 其他参数的运算 104.4 测量电路的设计 12第 5 章误差分析 14第 6 章结论 16心得体会 17参考文献 18第一章 摘要差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小同时仍能减小静电引力给测量带来的影响并能有效的改善高温等环境影响造成的误差因而在很多测量场合中被广泛应用.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.它的敏锐部分就是具有可变参数的电容器.本设计采纳变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化电容式传感器的电容值特别微小必需借助信号调理电路将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出.因此，本设计中采纳了运算放大器、二极管整流电路以及二阶低通滤波器等电路设计并对这些单元电路进行了原理分析，通过参数的确定实现位移向电压的转变 .在本次设计中仍涉及了测量过程中的误差分析从而保证了测量的精度和精确度 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次章引言在科学讨论和工业生产中,电容式传感器已经成为特别重要的一种测试装置,在位移、压力、物质成分、物位、加速度等参量测试中都有着广泛的应用.电容式传感器具有结构简洁、非 接触测量、灵敏度高、动态响应特性好、稳固性好等优点.电容式传感器的输出信号与被测 量的变化有着直接的关系,而且 ,通常都特别柔弱 .因此 ,如何将微小电容变化测量出来,传感器后续的检测电路就显得特别重要.目前 ,已有不少学者提出了一些解决方法,如,谐振法、振荡 法、开关电容法、 AC 电桥法、运算放大器检测法等.本文将介绍一种基于运算放大器、二 极管整流、二阶低通滤波技术的差动电容式小位移传感器的检测电路.第三章基本原理一、 反相比例放大器反相输入放大电路如下列图，信号电压通过电阻R1 加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf 反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路. R 为平稳电阻应满意R = R1/Rf.利用虚短和虚断的概念进行分析vI=0 ， vN=0 ， iI=0 ， is=if可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结即仿真电路图仿真结果可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结二、 同相比例放大电路同相输入放大电路如图 1 所示，信号电压通过电阻 RS 加到运放的同相输入端，输出电压 vo 通过电阻 R1 和 Rf 反馈到运放的反相输入端，构成电压串联负反馈放大电路. 根 据 虚 短 、 虚 断 的 概 念 有vN=vP=vS ，i1=if于是求得所以该电路实现同相比例运算.仿真电路图仿真结果三、 差动放大电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结差分式减 法电路图 1 所 示电路可以实现两个输入电 压 vS1、vS2 相减, 在抱负情形下，电路存在 虚短和虚断，所以有 vI=0， iI=0 ，由此得以下方程式：及由于 vN=vP ，可以求出如取，就上式简化为即输出电压 vO 与两输入电压之差（ vS2vS2）成比例，其实质是用差分式放大电路实现减法功能 .仿真电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结仿真结果四、二极管整流电路可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结五、二阶低通滤波原理：为了使输出电压在高频段以更快的速率下降，以改善滤波成效，再加一节RC 低通滤波环节，称为二阶有源滤波电路.它比一阶低通滤波器的滤波成效更好.（ 1）通带增益当 f = 0 时，各电容器可视为开路，通带内的增益为（2）二阶低通有源滤波器传递函数根据图可以写出联 立 求 解以 上 三 式 ，可 得 滤 波 器 的 传 递 函数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结输仿真出电与路图输入的关系UOz1z1z4z2z2z3.Uiz3z4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结仿真结果六、电桥仿真电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第四章电路设计设计思路本设计采纳变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化电容式传感器的电容值特别微小必需借助信号调理电路将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化，这样才可以显示、记录以及传输出.因此，本设计中采纳了反向运算放大器、差分放大器、二极管整流以及二阶低通滤波器等电路对差动电容输入信号进行变换放大处理，通过参数的确定实现位移向电压的转变.电路图可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结将 CX2 变为 34pF 产生信号，正负两端均经过两次反向比例放大器放大 91*91 倍，然后经过二极管整流电路，所以有以下信号输出， A 通道为经过整流以后的信号， B 通道为函数发生器发出信号正负两端信号输入差动可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结放大器，然后经过二阶低通滤波器，输出了如下信号，A 通道为输出信号， B 通道为函数发生器输入电路信号第五章误差分析一、电路板上元件的阻值与实际的电阻值有一点的误差得到的结果与运算结果有不同.二、读数时有偏差连接示波器时的元件的详细频率值与电阻值都直接取了整数并不是原先的那个值 .因此在详细周期的运算值上也有不同.三、集成运算电路的失调、漂移所引入的运算误差.四、差分放大器由于电路存在共模电压 ,必需选用共模抑制比较高的集成运放 ,才能保证肯定的运算精度 .但是即使采纳了共模抑制比很高的集成运放 ,在小信号放大的时候 ,输出仍是有很大的误差 .五、二极管整流电路引起误差主要是由于处理整流二极管导通角时理论值与实际测量值的不同引起 .六、由于室内温度的变化引起电阻发生变化引起误差 .第六章 结论经过反向运算放大器、差分放大器、二极管整流以及二阶低通滤波器等电路对差动电容输入信号进行变换放大处理将微小电容的变化转换成与其成正比的电压、电流或频率的变化 .直流电桥电路与沟通电桥电路把输出的物理量变成电路电压的变化量.比例放大电路为电路供应电压增益。整流电路主要是将沟通信号转换成直流信号.差动放大电路为差模供应有效增益，同时抑制共模干扰.二阶低通滤波器消弱了高频区的信号，更好的得到低频区的信号 .通过设计电路与各种参数，经过电路仿真和电路板的焊接，然后经过电路板的调试， 得出结论 .完成了此次课程设计 .可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结心得体会通过两个星期的传感器课程设计，使我更加明白电路的基本学问，基本原理以及基本电路 .为以后的长远进展打下了坚实的基础.通过设计差动电容传感器转换电路，我充分的明白了反相比例放大器、同相比例放大器、二极管整流电路、差分放大器、二阶低通滤波器的工作原理，仍学会了电路仿真软件NI multisim 丰富了学问，同时，我们进行了电路板的焊接，提高了自己的动手才能，促进了自己的讨论爱好.同时，这两个星期里我们一个班呆在一个教室里，仍有老师的陪伴，自己有了疑问不仅可以找老师也可以找大家问或一起商量，这样不仅促进了学问的学习而且促进了同学之间的友情.这两个星期里我收成了很多很多.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献张玉龙等 .传感器电路设计手册 .中国计量出版社 .1989 年李科杰等 .新编传感器技术手册 .国防工业出版社 .2002 年吴桂秀 .传感器应用制作入门 .浙江科学技术出版社 .2004 年杨宝清，孙宝元 . 传感器及其应用手册 . 2004 年单成祥 . 传感器的理论与设计基础及其应用.国防工业出版社 . 1999 年殷淑英 . 传感器应用技术 .冶金工业出版社 .2021 年可编辑资料 - - - 欢迎下载