学位论文基于容栅的线位移测量系统设计.docx

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学位论文基于容栅的线位移测量系统设计

编号

毕业设计（论文）

题目基于容栅的线位移测量系统设计

二级学院电子信息与自动化

专业测控技术与仪器

班级

学生姓名xxx学号

指导教师职称

时间

Abstract…………………………………………………………………………………

1.2.1传感器技术……………………………………………………………

1.2.2检测技术系统概述……………………………………………………

1.2.3智能仪器技术概述……………………………………………………

1.3本课题设计任务………………………………………………………………

1.3.1本课题的任务要求……………………………………………………

1.3.2设计思路的可行性分析………………………………………………

1.3.3本课题的关键…………………………………………………………

1.3.4关键问题的解决思路…………………………………………………

1.4本章小结………………………………………………………………………

2.1.2尖脉冲信号的提出……………………………………………………

2..2容栅位移传感器测量系统的总体设计方案…………………………………

2.3容栅位移传感器测量系统各单元原理设计…………………………………

2.3.1输出信号的整形………………………………………………………

2.3.2信号的细分处理………………………………………………………

2.3.3容栅位移传感器采集信号的辨向问题设计方案……………………

2.3.4栅极板结构尺寸设计…………………………………………………

2.4本章小结………………………………………………………………………

3.2.1LPC2138引脚描述………………………………………………………

3.2.2LPC2138晶振电路设计…………………………………………………

3.2.3LPC2138复位电路设计…………………………………………………

3.2.4LPC2138电源电路设计…………………………………………………

3.2.5LPC2138显示电路设计…………………………………………………

3.3LPC2138外围信号处理电路模块设计…………………………………………

3.3.1放大整形电路模块设计………………………………………………

3.3.2微分电路模块设计……………………………………………………

3.3.3辨向电路模块设计……………………………………………………

3.4本章小结………………………………………………………………………

4.1.1Proteus7.4简介………………………………………………………

4.1.2VC++6.0简介……………………………………………………………

4.2.1系统程序的总体方案设计…………………………………………

4.2.2外部中断复位程序设计………………………………………………

4.2.3数据的运算程序设计…………………………………………………

4.2.4LCD子程序设计………………………………………………………

4.3本章小结………………………………………………………………………

第五章实物制作………………………………………………………………………

5.1元器件材料准备…………………………………………………………………

5.2制作注意事项…………………………………………………………………

5.3实物图…………………………………………………………………………

5.4本章小结………………………………………………………………………

第六章总结…………………………………………………………………………

致谢…………………………………………………………………………………

参考文献…………………………………………………………………………

附录………………………………………………………………………………………

文献综述………………………………………………………………………………

摘要

本文的侧重点主要探究其容栅的线位移结构的测量原理和信号的处理以及相关电路设计。

在现代智能化测量领域，容栅位移传感器起着重要的作用。

在测量过程中，容栅的定极板与动极板以梳齿式的方式进行电容耦合。

通过极板电容耦合产生的周期性变化的类似正余弦测量信号。

在信号的放大过程中，采用较为可靠的仪用放大器AD620对信号进行放大。

放大后的信号通过过零比较器LM324整形成为方波。

在测量计数过程中，由于涉及重要的信号辨向处理，需要将信号处理成易于辨识移动方向的尖脉冲信号。

于是采用微分电路和可逆计数器74LS192实现。

最后在完成测量数据的数显中，运用LPC2138将获得的计数信号转化成LCD显示的相关测量结果。

该设计融合了传感器检测技术和信号的处理技术以及软件的数显技术。

对进一步学习研究容栅位移传感器测量系统具有一定的参考价值。

关键词：

容栅;正余弦信号;微分电路;辨向处理;尖脉冲;LPC2138

Abstract

Theemphasisofthisdissertationismainlytoexplorethecapacitivegatedisplacementofstructureandmeasurementprincipleofsignalprocessingandcircuitdesign.

Inthemodernintelligentmeasurement,capacitivedisplacementsensorplaysanimportantrolein.Intheprocessofmeasurement,capacitivefixedplateandthemovableplatetocombtypeofcapacitivecoupling.Capacitivecouplingthroughtheperiodicchangeofthesimilarsineandcosinesignals.Insignalamplificationprocess,usingmorereliableinstrumentamplifiertoamplifythesignalofAD620.TheamplifiedsignalthroughthezerocrosscomparatorLM324shapingassquarewave.Inthemeasuringprocessofcounting,duetotheimportantsignaltoidentifytreatment,needtosignalprocessingintoeasytoidentifythedirectionofmovementofthespikepulsesignal.Thenthedifferentialcircuitandreversiblecounter74LS192.Afterthemeasurementdataofthedigitaldisplay,usingLPC2138willcountsignalintoLCDdisplaymeasurementresults.

Thedesignincorporatessensordetectiontechnologyandsignalprocessingtechnologyandsoftwareofthedigitaldisplaytechnology.Tofurthertheunderstandingofmodernintelligentinstrumentwhichhasacertainreferencevalue.

Keywords:

fixedplate;themovableplate;sineandcosinesignal;differentialcircuit;directiondiscriminationprocessingpulse;LPC2138

1绪论

在现代信息化技术迅猛发展的今天，智能化系统越来越受到人们的支持和关注。

发达的制造工业能够为我们的社会带来巨大的贡献。

于是在制造过程中就必不可少的涉及测量领域。

高速、精准、智能化的测量是时代的发展要求[1]，这就催生了容栅位移传感器的诞生。

虽然，容栅位移传感器的发展始源与上世纪80年代，但是其发展前景是值得重视和期待的。

下面我们就围绕容栅位移传感器进行相关介绍和设计，相信会给读者带来不一样的收获。

1.1容栅位移传感器的研究背景

现代信息技术已成为众多领域里发展最快的科学，同时也是极具蓬勃发展前景的学科之一。

在信息科学里，捕捉信息、筛选信息、传输信息、处理信息已成为其关键环节。

然而信息的捕获工具就是传感器。

在现代信息化时代，尤其是工业高速发展时期，传感器成为了重要的测控系统的信息入口。

随着信息时代的到来，国内外传感器技术已成为优先发展的技术领域之一。

就目前来看，我国的传感器技术发展相对较为薄弱。

因为传感器的可靠性技术对于整个自动检测系统的数据获取的准确性和稳定性是至关重要的，然而，我国在这方面的研究还处于较低水平。

从当前使用的范围来看，传感器[2]大致分为这几类：

电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器、热电式传感器、核辐射传感器等。

现代传感器正向着微型化、智能化、多功能化和可靠性水平方向发展。

容栅测量系统的测量原理新颖，测量电路独特，使其构成的测量仪器工作可靠，精度高、工耗低、测量速度快、重量轻、抗干扰性能强、抗振动、耐污染，并且组装的成品率高，是许多位移传感器测量系统无法比拟的。

因此，各国对其发展极为重视。

容栅线位移传感器运用方向也从最初的大位移长度测量扩大到角度测量等领域。

瑞士Trimos公司的电子数显高度仪测量范围在500mm时，其精度可达到0.005mm以内而测量范围在1000mm时，其精度可控制在0.01mm以内。

国内在开发容栅系统方面也取得了很大成效。

已能提供电子数显卡尺、电子数显千分尺、电子数显千分表电路等各种测量仪器使用的容栅测量系统。

此次课题的设计，就是基于线位移测量系统的容栅传感器的研究设计。

1.2容栅位移传感器测量系统技术支持简介

1.2.1传感器技术

传感器[2]是指能够间接的感受到需要被测定的物理量并且按照一定的变化规律转换成为可用输出的信号的处理装置就叫传感器。

传感器一般由敏感原件和转换装置构成。

其中敏感元件使之传感器中能够直接感受被测量的部分，转换元件是指传感器能够将敏感元件的输出信号转换成适于传输和测量的电信号部分。

其中，传感器输出信号由很多种形式，如电压、电流、频率、脉冲等，输出信号的形式由传感器的结构原理决定

传感器通常由敏感元件和转换装置构成。

但是由于传感器的输出信号一般都是弱电信号，因此需要信号调节和转换电路将其放大或变换成为易于传输、处理、记录和数显的方式。

传感器是上个世纪80年代提出的学科领域。

经过30多年的发展现已朝着微型化、智能化、多功能化和可靠性水平方向发展。

所以在实物安装中是以集成芯片[3]形式。

其组成如图1-1所示.

图1-1传感器组成框图

1.2.2检测技术系统概述

检测技术[6]是将自动化、电子、计算机、控制工程、信息处理、机械等多