传感器转换电路仿真及应变转换电路设计.docVIP

燕山大学 课 程 设 计 说 明 书 题目： 传感器转换电路仿真及应变转换电路设计 目录示例 目 录 第1章 摘要…………………………………………………………………………………5 第2章 引言…………………………………………………………………………………5 第3章 基本原理……………………………………………………………………………6 第4章 传感器转换电路设计……………………………………………………………15 第5章 误差分析 …………………………………………………………………………18 第6章 结论及心得体会 …………………………………………………………………19 参考文献 ……………………………………………………………………………………19 第一章 摘要 传感器是科学仪器、自动控制系统中信息获取的首要环节和关键技术，是先进国家优先发展的重要基础性技术。传感器与通信技术和计算机技术构成了信息技术的三大支柱。 第二章 引言 传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。 电阻应变片从诞生至今已有七十多年了，应变片的品种规格已达两万多种，各种应变式传感器也种类繁多。应变片在大坝、桥梁、建筑、航天飞机、船舶结构、发电设备等工程结构的应力测量和健康监测中至今仍是应用最广泛和最有效的。除直接测量工程结构的应力应变外，电阻应变片配合各种弹性元件可制造成测力、称重、检测压强、扭矩、位移和加速度等物理量的传感器，在工业自动化检测和控制、电子衡器等领域应用广泛。 应变式传感器也称应变片。电阻应变片的工作原理是基于导体的电阻应变效应，将测量物体的变形转换为电阻变化的传感器。当金属丝在外力的作用下发生机械变形时，其电阻将发生变化，这种现象称为金属电阻的电阻应变效应。应变式传感器类型有：金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片三种。特点：1、可测量微应变1-2um，且精度高、性能稳定；2、尺寸小、重量轻、结构简单响应快；3、测量范围大；4、环境要求不高；5、便于多点测量。 第三章 基本原理（传感器转换电路仿真调试及原理分析） 一、比例放大电路 根据运算放大器的“虚短”得 如上图令输入电压为5V，经过同相比例放大后，输出电压为10V，电压增益为2。 除了同相比例放大电路，还有反相比例放大电路、求差电路、求和电路。 二、差动放大电路 如图中把滑线变阻器 看作是差动的两臂（左右移动时，正好类似于传感器差动接法电阻变化量）的电阻，由其中间的引线引出接入输出端。假设滑线变阻器引线在正好中间的位置，设此时引入相邻差动两臂的电阻均为 ，当中间引线向右移动时，其左臂电阻变为 ，右臂变为 ，则此时电路的输出电压 设初始时， 那么上式便可化简为 若令 ，当滑线变阻器中间引线向右移动2%即电阻变化80，。 三、二阶低通滤波器电路 二阶压控电压源低通滤波器的传递函数如下: 令 则有 上式为二阶低通滤波器传递函数的典型表达式。其中ωn为特征角频率，而Q则称为等效品质因数。 二阶有源低通滤波幅频特性如下图 四、直流电桥电路 一般电桥后需接运算放大器，由于运算放大器的输入阻抗都很高，比电桥输出内阻大很多，可以把电桥输出看成开路，此时电桥的输出电压为 将设为变阻，电桥为单臂直流电桥,代入上式中得 化简后最终得 因上图中四个桥臂电阻均为4K所以输出显示为0。 当电源电压及电阻相对值一定时，电桥的输出电压及电压灵敏度将与各臂阻值大小无关。直流电桥的优点是高稳定度直流电源易于获得，电桥调节平衡简单，传感器及测量电路分布参数影响小，测量中常用直流电桥。为减小非线性误差，电桥电路常用的措施为：1、采用差动电桥；2、采用恒流源电桥。为了提高电桥灵敏度或进行温度补偿，每个桥臂都往往安置两个应变片，电桥也可以采用四壁差动电桥。 五、交流电桥电路 交流电桥的原理与直流电桥的基本原理是一样的，只是除考虑幅值的变化外还需考虑相位的变化， 则有 电路平衡条件为 即满足模积相等的同时还得满足相角和相等。 六、整流电路 电源为交流电，如上图，当 周期内，电流从D2流入经0端流出，进入负载，此时为正相电压，然后从负载流入3端经D3后返回信号源，当 周期时，电流从D4流入经2端流入负载，此时加在负载两端的依然是正相电压，从负载流出后从3端流入D1然后返回信号源。分析电压可知从时间内，都是正向电压，即现了全波整流。 七