课程设计报告调幅式电容位移传感器

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1、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3昆明理工大学课程设计正文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

2、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

3、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I3昆明理工大学课程设计正文目录摘要I第1章绪论11.1课程设计研究的背景和意义11.2国内外研究现状及分析21.3调幅式电容位移传感器中存在的主要问题3第2章电容位移传感器的工作原理32.1电容传感器的测量原理42.2传感器系统的结构组成52

4、.3传感信号的调制过程52.4峰值保持电路的工作原理6第3章电容位移传感器的性能指标73.1测量范围73.2稳定性83.3灵敏度83.4分辨力93.5线性度93.6重复性103.7频率响应10第4章传感器硬件电路设计124.1引言124.2信号转换模块124.2.1DDS系统设计124.2.2基于变压器电桥的幅值调制电路设计134.2.3信号调理电路设计154.3传感器信号解调模块164.3.1峰值解调模块的结构164.3.2系统相位延迟的产生原理164.3.3峰值保持电路外围电路设计17总结19参

5、考文献20VI昆明理工大学课程设计正文第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

6、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、强辐射等恶劣条件适应能力强，并且能进行非接触测量等优点，在航空航天、超精密装备技术、精密仪器、超精密测量与控制等技术领域获得越来越广泛的应用。我国政府十分重视对位移传感技术的研发，国家“863规划”、“十一五计划”、“十二五计划”均把纳米传感技术纳米加工技术列为重大研发项目。近年

7、来，为了实现微纳米分辨力微位移测量，国内外科研机构和学者提出了多种测量方法，归纳起来不外乎光学测量方法、原子力显微镜法和电学测量三类方法。作为电学测量方法典型代表的电容位移传感器以其独特的优良性能在高精度微位移测量和控制中得到了越来越广泛的应用，并且逐步朝着高精度化、智能化、便携化和模块化的趋势发展在电容位移传感器方面，美国MTI公司、德国米铱(MICRO-EPSILON)公司和PI公司等世界知名测量仪器制造公司都相继推出了其高分辨力、大量程、高频响的高水平电容传感器产品，占据了世界上电容位移传感器

8、市场绝大部分的份额。国内在电容传感器领域的研究起步较晚，加上制造水平和技术水平的落后，使得我国在超精密测量领域对电容位移传感器的需求严重依赖欧美产品的进口。因此，研制高分辨力、大量程、高频响的电容位移传感器，提升我国在超精密测量领域的技术水平有着重大现实意义。调幅式电容位移传感器是电容传感器家族中的一类，其技术特点是将电容极板位移信息调制在载波信号的幅度信息中，通过对调幅信号的处理和解调，得到被测电容双极板的位移变化信息。电容位移传感器为了满足其高灵敏度、高线性度和微