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开关电感式位移传感器的研究与设计

作　者: 秦亮亮
导　师: 欧阳斌林
学　校: 东北农业大学
专　业: 农业电气化与自动化
关键词: 农田环境机器人视觉数字信号处理器图像处理路径识别
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在科学技术飞速发展的当代社会中，人类已经处在一个信息大爆炸的时代，信息化、自动化已经成为世界各国重要发展方向。传感与检测技术是信息科学技术的最前端技术，将成为21世纪人们在信息科学技术领域争夺的一个制高点。传感器作为一种能够把特定的被测量信息按一定规律转换成某种可用信号输出的器件或装置，不仅是实现自动化的重要元器件，也是电子系统与多种非电领域之间相互联系的桥梁，更是实现测试自动控制的首要环节，如果没有传感器对原始信息进行准确的捕捉和转换，一切准确的测试和控制都将无法实现。没有精确可靠的传感器，就没有精确可靠的自动检测和系统控制。因此在诸如信息获取、信号计测、工业自动控制等众多领域中传感技术都起着关键支柱的作用，传感技术作为现代信息产业的三大支柱之一已经成为世界各国重点发展方向。在我们的日常生活和工作中，我们需要经常对微小位移进行高精度的计量。使用游标卡尺、螺旋测微仪等传统的计量工具得出的数据已经不能满足对测量精度的需要。基于此背景本文研究了一种开关电感式位移传感器，传感器应用开关充放电法对电感信号进行检测，以实现对位移信号的测量。该传感器具有测量精度高、分辨率较高，同时又具有结构简单、抗干扰能力强和工作可靠等一系列优点，因而适合在一般实验和生产条件下对位移测量精度的需要。首先本文介绍了该课题研究的目的背景与意义，阐述了电感式位移传感器的发展现状及应用前景，对位移式传感器的种类、原理及特点做了简要的说明。其次介绍了开关电感式位移传感器的工作原理，并对传感器位移测量系统的总体系统结构做了说明，该系统分为两大块分别是传感器位移测量部分和数据信号采集处理部分。接着对传统的电感检测电路做了说明，在此基础上提出开关充放电法电感检测的原理，分析了采用不同的磁芯材料可能对开关充放电法电感检测产生的影响。同时对开关电感式位移传感器的测量电路做了模块化的设计，主要包括的模块有：恒流源充电模块，为充电过程提供稳定的恒流电流；二极管放电模块，完成电感信号到电压信号的转化；信号调理模块，实现对电压信号的放大比较以及向电信号的转换；PWM信号发生模块以及电信号采集模块，单片机发出PWM信号对开关实时控制，以完成向电感充放电的过程，经过使能信号的选择后电信号进入单片机，转换成定时计数值。最后应用开关充放电法对不同的磁芯材料进行电感检测实验，通过对实验数据的分析证明了开关充放电法的可行性，最终对开关电感式位移传感器的性能进行测试，通过对位移测量数据的分析，验证了开关电感式位移传感器满足对位移测量的基本要求。

全文目录

摘要  10-13
Abstract  13-17
1 引言  17-28
  1.1 课题研究的背景与意义  17-20
  1.2 电感式位移传感器的国内外研究应用现状  20-23
  1.3 电感式位移传感器的发展前景  23-27
  1.4 研究的主要内容  27-28
2 开关电感式位移传感器的理论基础  28-51
  2.1 位移传感器的分类  28-34
  2.2 开关电感式位移传感器  34-40
  2.3 传感器位移测量系统的总体结构  40-42
  2.4 开关充放电法电感检测分析  42-50
    2.4.1 传统电感检测方法  42-45
    2.4.2 开关充放电法电感检测原理  45-47
    2.4.3 磁性材料对电感检测的影响  47-50
  2.5 本章小结  50-51
3 开关电感式位移传感器测量电路设计  51-61
  3.1 恒流源模块设计  51-52
    3.1.1 恒流源原理分析  51-52
    3.1.2 恒流源电路设计  52
  3.2 二极管放电模块设计  52-54
    3.2.1 恒流源电路设计  52-53
    3.2.2 充放电工作过程  53-54
  3.3 信号调理模块设计  54-56
    3.3.1 电压信号的放大与比较  54-55
    3.3.2 信号的调理  55-56
  3.4 信号发生采集与显示模块设计  56-59
    3.4.1 LM3S3748 最小系统  56-58
    3.4.2 显示模块  58-59
  3.5 测量电路整体设计  59-60
  3.6 本章小结  60-61
4 测量数据分析  61-72
  4.1 开关充放电法电感检测数据分析  61-67
  4.2 传感器的位移测量数据分析  67-71
  4.3 本章小结  71-72
5 展望与总结  72-75
  5.1 总结  72-74
  5.2 展望  74-75
致谢  75-76
参考文献  76-84
攻读硕士学位期间发表的学术论文  84

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