课程设计报告调幅式电容位移传感器.doc

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昆明理工大学课程设计

课程设计报告

调幅式电容位移传感器

学院

学科专业测控

姓名学号

指导教师

起止周期13周——16周

提交日期2015年1月8日

昆明理工大学课程设计正文

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昆明理工大学课程设计

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摘要

电容位移传感器以其结构简单、灵敏度好、分辨力高、动态特性好，以及可以进行非接触式测量的特点及优势，在超精密测量与定位以及控制领域得到了越来越广泛的应用。调幅式电容位移传感器作为电容位移传感器家族中的一类，其性能指标的高低相当程度上取决于以下两个方面：一是传感器信号从电容信号到电压信号的调制过程。如何处理杂散电容和分布电容对信号调制的影响，是调幅式电容位移传感器的关键问题之一；二是传感器系统从调幅信号中将电容位移信号提取出来的信号解调过程。在传感器信号转换和调理过程中，调幅信号的相位相对于载波信号发生了相位延迟，给信号幅值解调带来了困难。如何设计信号解调电路，对传感器调幅信号进行快速准确的信号解调，是系统的另一个重要问题。

本设计针对调幅式电容位移传感器解调过程中由系统不确定相移导致的信号解调不准确问题，提出了一种基于改进的峰值保持电路的调幅式电容位移传感测量方法。首先，分析了调幅式电容位移传感器及其检测电路的工作原理，在研究调幅信号附加相移产生机理的基础上，提出了延迟反馈式峰值保持电路，用以去除附加相移对峰值解调的影响。然后，对其各个性能指标进行了分析；其次，设计了调幅式电容位移传感器，提高了传感器系统的稳定性、分辨力以及频响特性等关键技术性能指标。

关键词：位移传感器；电容传感器；幅度调制；相位延迟；峰值保持

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目录

TOC\o"1-3"\h\u1326摘要 I

26664第1章绪论 1

128991.1课程设计研究的背景和意义 1

260901.2国内外研究现状及分析 2

11161.3调幅式电容位移传感器中存在的主要问题 3

28385第2章电容位移传感器的工作原理 3

191912.1电容传感器的测量原理 4

236112.2传感器系统的结构组成 5

37252.3传感信号的调制过程 5

3002.4峰值保持电路的工作原理 6

6334第3章电容位移传感器的性能指标 7

79773.1测量范围 7

46653.2稳定性 8

74303.3灵敏度 8

112233.4分辨力 9

82343.5线性度 9

55203.6重复性 10

246233.7频率响应 10

23056第4章传感器硬件电路设计 12

42594.1引言 12

112534.2信号转换模块 12

229924.2.1DDS系统设计 12

230374.2.2基于变压器电桥的幅值调制电路设计 13

247484.2.3信号调理电路设计 15

24794.3传感器信号解调模块 16

80334.3.1峰值解调模块的结构 16

51914.3.2系统相位延迟的产生原理 16

69324.3.3峰值保持电路外围电路设计 17

32738总结 19

10442参考文献 20

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第1章绪论

1.1课程设计研究的背景和意义

随着现代工业信息技术进一步发展，纳米技术和MEMS在各行各业中均取得了惊人地发展和广泛的应用。在纳米技术领域，纳结构、纳米测量技术和纳米加工技术被列为纳米技术的三大研究主题。与此同时，纳米测量技术的研究作为纳米技术研究的重要组成部分，其技术水平很大程度上取决于位移传感器技术水平。传感器是自动测试、控制系统和信息系统的关键基础部件，其技术水平的发展一直推动着自动化系统和信息系统的技术提升。现如今，运用于超精密测量领域的传感器家族中，进行纳米分辨力测量的传感器主要有电容位移传感器、电感位移传感器以及光干涉位移传感器。这三类位移传感器在技术原理上和应用方向上有着各自的特点。其中电容位移传感器以其结构简单、分辨力高、抗干扰能力强、动态特性好，对高温、强辐射等恶