位移测量装置_华中科技大学VIP免费

位移测量装置(2006)摘要：本系统以单片机为控制核心，线性可变差动变压器为传感器，辅以相应的模拟电路，能实现较精确的位移测量功能。主要模块有正弦波产生、差分放大、差动变压、整流滤波、模数转换。其中运用DDS芯片产生正弦波，经过差分放大后进入可变差动变压器。依据磁通改变原理，通过移动变压器线圈内部的磁棒可以改变次级线圈输出电压，经整流滤波（真有效值转换）后电压改变值通过单片机处理即可得到位移值。系统电路构造简单，通过较少的元件就可以达到一定精度的测量。本系统一大特色就是具有电机驱动部分，可以利用单片机控制直流电机转动，以驱动磁棒移动到指定位移。另外系统通过键盘输入预定位移值，由LCD液晶屏显示，人机交互界面良好，方便用户使用。关键词：位移测量；线性可变差动变压器；单片机Abstract:UsingamicrocontrollerasthecontrolcoreandaLVDTasthesensor,andwithrelevantanalogcircuits,thesystemcanmeasurethedisplacementprecisely.MainmodulesareSineWaveSignalSource,DifferentialAmplificationCircuit,LVDT,Rectifier,FilterandAnalog-DigitalConverter.SineWaveSignalproducedbyaDDSchipisdifferenceamplifiedandinputtedtoaLVDT.Accordingtothetheoryofmagneticflux,theoutputvoltageofsecondarycoilscanbechangedbymovingthemagneticcoreofLVDT.Afterrectificationandfiltering(RMS-to-DCConversion),themicrocontrollerprocessesthedataandwecanfinallyacquirethedisplacement.Thesystemachieveshighprecisionwithsimplestructure,andoneofthefeaturesisthatthesystemhaveamotordriver,whichcanbecontrolledbythemicrocontroller,todrivethemagneticcore.Besides,thesystemhaveafriendlyhuman-computerinterfaceandit’seasytouse.KeyWords:displacementmensuration；LVDT；microcontroller11.系统方案设计1.1系统总体方案论证系统要求设计制作一个位移测量电路，主要分为激励电路和测量电路两个部分。激励部分要求产生100kHz的正弦波，然后经差分放大输出进入可变差动电压器。测量部分要求将变压器次级线圈输出的两路交流电压经整流滤波后得到直流电平，移动变压器内的磁棒改变两路直流电平值，根据电平改变值通过处理后得到位移值。方案一：系统激励部分正弦波产生电路采用传统的直接频率合成器，经差分放大、差分变压、整流滤波后，根据两路电压改变得到位移值。该方案产生正弦波具有低相位噪声等优点，但频率合成器结构复杂、体积庞大、成本高，不利于实际制作，故不采用此方案。方案二：正弦波产生采用直接数字式频率合成器（DDS），后级电路与方案一相同。DDS方案电路简单，仅用一块芯片就可以实现，而且可以产生较宽频率范围的正弦波且失真度小。但普通整流滤波电路较难达到理想的结果，这会导致后面电压采样出现较大误差，故不采用该方案。方案三：正弦波产生使用DDS方案，而整流滤波电路采用真有效值检测芯片。真有效值检测可以将交流电压很好的转换成其有效值大小的直流电平，利于后级电压采样。通过以上分析，决定使用方案三。正弦波使用DDS芯片产生，经差分放大后输入可变差动变压器初级，次级生成两路交流电压，经过真有效值转换后得到直流电平，经AD转换后传入单片机，单片机通过计算查表线性拟合即可得到位移值。另外单片机也可控制直流电机，使磁棒移动到预置位置。1.2理论分析激励电路由DDS信号源和差分放大电路组成。激励信号由单片机控制DDS芯片产生，对于题目要求的100kHz正弦波可以较易达到。差分放大电路对DDS输出的信号进行放大，方便后级测量。2UaUbU0LaLbL0U0b,UbU测量电路由线性差动变压器、整流滤波电路、AD转换和单片机组成。差动变压器初级长度与次级总长之比为1：1，次级线圈中心抽头，可以输出两路正弦波信号。整流滤波电路使用真有效值转换芯片，可以将次级线圈的交流正弦信号转换成有效值大小的直流电平。然后使用两片AD转换芯片将两路直流电平进行采样后传输给单片机，单片机处理后得到位移值并显示。随着铁磁棒插入线圈的长度增大，线圈的电感L变得越来越大，...