傳感器轉(zhuǎn)換電路仿真及應(yīng)變轉(zhuǎn)換電路設(shè)計

1、燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書題目：傳感器轉(zhuǎn)換電路仿真及應(yīng)變轉(zhuǎn)換電路設(shè)計燕山大學(xué)課程設(shè)計說明書共頁第頁目錄示例目 錄 TOC o 1-5 h z 第1章摘要 5第2章引言 5第3章基本原理 6第4章 傳感器轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 -15第5章誤差分析 18第6章結(jié)論及心得體會 19參考文獻(xiàn) 19第一章摘要傳感器是科學(xué)儀器、自動控制系統(tǒng)中信息獲取的首要環(huán)節(jié)和關(guān) 鍵技術(shù)，是先進(jìn)國家優(yōu)先發(fā)展的重要基礎(chǔ)性技術(shù)。 傳感器與通信技 術(shù)和計算機(jī)技術(shù)構(gòu)成了信息技術(shù)的三大支柱。第二章引言傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用 輸出信號的器件或裝置。電阻應(yīng)變片從誕生至今已有七十多年了，應(yīng)變片的品種規(guī)格已 達(dá)兩萬多種，

2、各種應(yīng)變式傳感器也種類繁多。應(yīng)變片在大壩、橋梁、 建筑、航天飛機(jī)、船舶結(jié)構(gòu)、發(fā)電設(shè)備等工程結(jié)構(gòu)的應(yīng)力測量和健 康監(jiān)測中至今仍是應(yīng)用最廣泛和最有效的。 除直接測量工程結(jié)構(gòu)的 應(yīng)力應(yīng)變外，電阻應(yīng)變片配合各種彈性元件可制造成測力、稱重、 檢測壓強(qiáng)、扭矩、位移和加速度等物理量的傳感器， 在工業(yè)自動化 檢測和控制、電子衡器等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。應(yīng)變式傳感器也稱應(yīng)變片。電阻應(yīng)變片的工作原理是基于導(dǎo)體 的電阻應(yīng)變效應(yīng)，將測量物體的變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。 當(dāng) 金屬絲在外力的作用下發(fā)生機(jī)械變形時， 其電阻將發(fā)生變化，這種 現(xiàn)象稱為金屬電阻的電阻應(yīng)變效應(yīng)。 應(yīng)變式傳感器類型有：金屬絲 式應(yīng)變片，金屬箔式應(yīng)變片，金

3、屬薄膜應(yīng)變片三種。特點(diǎn)： 1、可 測量微應(yīng)變1-2um,且精度高、性能穩(wěn)定；2、尺寸小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單響應(yīng)快；3、測量范圍大；4、環(huán)境要求不高；5、便于多 點(diǎn)測量。第三章 基本原理(傳感器轉(zhuǎn)換電路仿真調(diào)試及原理分析)一、比例放大電路1&W3W 10MS根據(jù)運(yùn)算放大器的“虛短”得ui uu uuuo*R/(R R2)uo ui *( Ri R2)/Ri如上圖令輸入電壓為 5V,經(jīng)過同相比例放大后，輸出電壓為10V,電壓增益為2。除了同相比例放大電路，還有反相比例放大電路、求差電路、求和電路。、差動放大電路如圖中把滑線變阻器Rw看作是差動的兩臂（左右移動時，正好類似于傳感器差動接法電阻變化量）的

4、電阻，由其中間的引線引 出接入輸出端。假設(shè)滑線變阻器引線在正好中間的位置， 設(shè)此時引入相鄰差動兩臂的電阻均為Ro ,當(dāng)中間引線向右移動時，其左臂電阻變?yōu)镽oR ,右臂變?yōu)镽0R ,則此時電路的輸出電壓(RoRRM”R0R R0RR1R2設(shè)初始時，R R2 Ro R那么上式便可化簡為Uo U?J 32 2R 2 RR2 RW Ro R 1K ,當(dāng)滑線變阻器中間引線向右移動22%Rw即電阻變化80, UoUS2 , R380 T3 ? T T32 102 1060mV。三、二階低通濾波器電路二階壓控電壓源低通濾波器的傳遞函數(shù)如下4U0(S) _ r/wgU7F7 =+ Rg + 7?：C；(1 1

5、一RRCC2t?gggr.r2cc2s2+r2c2 +rc2 + &g(i-4f)s+iR方C . (R x + A T ) + A I。1(1則有%(S)二 4 二 4Ma (jL)2+LjL+i 2+2s+.以。叫。上式為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的典型表達(dá)式。其中n為特征角頻率，而Q則稱為等效品質(zhì)因數(shù)。二階有源低通濾波幅頻特性如下圖五、交流電橋電路交流電橋的原理與直流電橋的基本原理是一樣的，只是除考慮幅值的變化外還需考慮相位的變化,Z2Z3Z4j C31j C417-C71j C2RiR2ei 1Z2 eiR3eiR4Z4 ei則有Ui(ZiZ2RZ3Z3Z4電路平衡條件為乙Z3 Z2Z41

6、324即滿足模積相等的同時還得滿足相角和相等。七、F-V電路 XK1當(dāng)輸入信號頻率發(fā)生變化時，振蕩器的震蕩頻率就發(fā)生變化。雖然可以直接將頻率作為測量系統(tǒng)的輸出量，用以測定非電量的大 小，但此時系統(tǒng)是非線性的，不易矯正，因此加入鑒頻器，將頻率 的變化轉(zhuǎn)換為振幅的變化，經(jīng)過放大器放大就可以輸出顯示。第四章傳感器轉(zhuǎn)換電路設(shè)計:例 O5cilloscope-XSCl|T1T1T2鹿間寸no時間 l.lTCs 1.170 5 0.000 s通道A910.399 mV910.399 mV0.000 V反向保存Ext. Trigger通道口比例|10gOvX位置|。WT I b/a a/b I比例I5叱Y&

7、S 0ac| 0 |dT 0觸發(fā) 邊沿 電平類型正弦標(biāo)淮|自動|無電路的第一部分為單臂電橋并且有滑線變阻器作為調(diào)零機(jī)構(gòu)，在附加應(yīng)變片時應(yīng)變片的阻值可能并不是理想的阻值， 這時就需要 調(diào)零機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)電橋阻值，使初始時電橋輸出為零。電橋部分已經(jīng)在 前面討論過，這里不再詳細(xì)論述。電路的第二部分為一個求差電路，其實(shí)際上是一個反相比例放大電路與一個同相比例放大電路的疊加，此時電路的輸出電壓UoR7R4(-4)(R4R6R5R6R7 )Vi1-7Vi2R4當(dāng)滿足R6R4R5時，（1）可化簡為UoR7(ViiVi3)R4、，、，Ui c R Vcc Veec RVi1 Vi3 ?ccEE?4 R 4 R與(3

8、)聯(lián)立，得R7VCC VeeRR44 R(1)第五章誤差分析電路中的Vil、Vi2及Uo ,把結(jié)果帶入第四章中的（2）式得R7 1136 ,與理論分析旦1024比較接近，但還是存在一定的誤R4R4差，造成實(shí)驗誤差的原因可能是因為電路中的元器件并不是理想情況下的器件，同時由于單臂電橋中存在非線性誤差，即由于小 1 2R（2R）2 L非線性誤差為 ?一RR/2RR RR 2 , Rl1() L 1 R/2R 2R 2R 2R2R非線性誤差經(jīng)過后面的放大電路放大會變得很大影響實(shí)驗的最終 結(jié)果。第六章結(jié)論及心得體會通過以上設(shè)計分析，應(yīng)變片的轉(zhuǎn)換電路設(shè)計基本完成。經(jīng)過兩周的傳感器課設(shè)，不光對傳感器有了更深的知識了解， 也學(xué)會了一些軟件的使用，對傳感器的設(shè)計應(yīng)用有了初步的掌握。 仿真軟件的練習(xí)、轉(zhuǎn)換電路仿真調(diào)試分析、傳感器轉(zhuǎn)換電路的焊接,