基于差动变压器式传感器的位移测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种位移测量系统，具体涉及基于差动变压器式传感器的位移测 量系统，属于电子位移测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 物体在某一段时间内，如果由初位置移到末位置，则由初位置到末位置的有向线 段叫做位移。位移是一个重要的物理量，它表明了物体运动的距离和方向。所以测量物体 的位移也就很重要。位移是和物体的位置在运动过程中的移动有关的量，位移的测量方式 所涉及的范围是相当广泛的。小位移通常用应变式、电感式、差动变压器式、涡流式、霍尔传 感器来检测，大的位移常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术来测量。其中光栅传感 器因具有易实现数字化、精度高（目前分辨率最高的可达到纳米级）、抗干扰能力强、没有 人为读数误差、安装方便、使用可靠等优点，在机床加工、检测仪表等行业中得到日益广泛 的应用。
[0003] 位移测量属于线性测量，而位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，传感器 的作用是把各种被测物理量转换为电量。在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺 寸和机械位移两种。按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。 模拟式又可分为物性型和结构型两种。常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器 式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍 尔式位移传感器等。朝着稳定性好，使用寿命长.规格全，精度高，体积小，量程长，可 以在恶劣环境下工作，而现有技术中的位移测量系统存在测量精度低，测量稳定性差的问 题。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的是为了解决现有技术中的位移测量系统存在测量精度低，测量 稳定性差的问题。
[0005] 本实用新型的技术方案是：基于差动变压器式传感器的位移测量系统，包括测量 及信号调整部分和显示部分，测量及信号调整部分的输出端连接显示部分，所述测量及信 号调整部分包括振荡激励源电路、移相电路、滞回电路、差动变压器式传感器、差动放大电 路、相敏检波电路和低通滤波电路，显示部分包括A/D转换模块、单片机和显示器，所述振 荡激励源电路的输出端分别连接移相电路和差动变压器式传感器，移相电路的输出端连接 滞回电路，差动变压器式传感器的输出端连接差动放大电路，滞回电路的输出端和差动放 大电路的输出端均与相敏检波电路建立连接，相敏检波电路的输出端连接低通滤波电路的 输入端，低通滤波电路的输出端通过A/D转换模块与单片机建立连接，单片机的输出端连 接显示器。
[0006] 所述差动变压器式传感器为三段式螺线管差动变压器式传感器，差动变压器式测 位移，由电感变化可导致电压变化，且灵敏度高，易测量。差动变压器式位移传感器具有良 好的环境适应性，具有可靠度高、寿命长，分辨率高、灵敏度好，线性度高、重复性好，测量范 围宽等特点。
[0007] 所述振荡励磁源电路包括第一放大器、稳幅电路、第一电阻、第二电阻和RC选频 电路，所述RC选频电路接在第一放大器的输出端与同相输入端之间，稳幅电路与第一电阻 串联接在第一放大器的输出端和反相输入端之间，第二电阻并接在稳幅电路的两端，第一 电阻和第二电阻构成负反馈网络，通过调节第一电阻和第二电阻的阻值，可以改变负反馈 的反馈系数，从而调节放大电路的电压增益，使电压增益满足振荡的幅度条件，稳幅电路可 以保证振荡幅度稳定，提高了系统的稳定性，RC选频电路构成正反馈，可以产生正弦自激振 荡。
[0008] 所述稳幅电路包括并联连接的第一二极管和第二二极管，第一二极管的负极与第 二二极管的正极连接第一电阻的一端，第一二极管的正极与第二二极管的负极连接第一放 大器的输出端，放大电路的负反馈回路里加入的非线性元件来自动调整负反馈放大电路的 增益，从而维持输出电压幅度的稳定。
[0009] 所述相敏检波电路包括第二放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第 七电阻、第八电阻、第一晶体管和第二晶体管，第三电阻和第四电阻串联后接在第二放大器 的反相输入端，第五电阻和第六电阻串联后接在第二放大器的同相输入端，第八电阻的接 在第二放大器的反相输入端和输出端之间，第一晶体管的漏极接在第三电阻与第四电阻之 间，第一晶体管的源极接地，第二晶体管的漏极接在第五电阻和第六电阻之间，第二晶体管 的源极接地，第七电阻的一端接在第二放大器的同相输入端，第七电阻的另一端接地，相敏 检波具有鉴相特性和选频特性，相敏检波电路的选频特性是指它对不同频率的输入信号有 不同的传递特性，当差动变压器式传感器的衔铁位于中心位置时，差动变压器输出电压并 不等于零，我们把差动变压器在零位移时的输出电压称为零点残余电压，记作△ Uo,它的存 在使传感器的输出特性不经过零点，造成实际特性与理论特性不完全一致，此时相敏检波 电路可以减消零点残余电压，确保系统的测量精确度。
[0010] 所述第三电阻阻值=第四电阻阻值=第五电阻阻值=第六电阻阻值=第七电阻 阻值=1/2第八电阻阻值，实现了全波相敏检波。
[0011] 所述A/D转换模块为双通道A/D转换模块，提高了转换速率，同时防止某路AD转 换工作异常的情况。
[0012] 所述A/D转换模块可以集成在单片机上。
[0013] 所述显不器为12864液晶显不器。
[0014] 本实用新型与现有技术相比具有以下效果：本实用新型的位移测量系统采用差动 变压器式位移传感器，通过移相电路、滞回电路和相敏检波电路对振荡激励源电路产生正 弦的信号进行处理，不仅提高了系统的稳定性，同时大大减小了系统的测量误差，提高了系 统的测量精度，其精度达到0. 2_。本实用新型调试方便，性能可靠，最终结果通过显示器进 行显示，实现了测量系统的实时性，保证了系统的运行流畅度。
【附图说明】
[0015] 图1，本实用新型整体结构框图；
[0016] 图2,本实用新型的测量及信号调整部分的电路图；
[0017]图3,振荡激励源电路输出端的正弦波形；
[0018]图4,移相电路处理后输出的波形；
[0019] 图5，滞回电路输出的波形；
[0020] 图6,本实用新型的最终波形；
[0021] 图7,本实施方式的位移量与传感器电压输出量的回归直线及回归直线的不确定 度曲线；
[0022] 图中1、振荡激励源电路，2、移相电路，3、滞回电路，4、差动变压器式传感器，5、差 动放大电路，6、相敏检波电路，7、低通滤波电路，8、A/D转换模块，9、单片机，10、显示器，11、 第一放大器，12、第二放大器，13、稳幅电路，14、RC选频电路，D1、第一二极管，D2、第二二极 管，R1、第一电阻，R2、第二电阻，R3、第三电阻，R4、第四电阻，R5、第五电阻，R6、第六电阻， R7、第七电阻，R8、第八电阻，VI、第一三极管，V2、第二三极管。
【具体实施方式】
[0023] 结合【附图说明】本实用新型的【具体实施方式】：本实施方式的基于差动变压器式传感 器的位移测量系统，包括测量及信号调整部分和显示部分，测量及信号调整部分的输出端 连接显示部分，所述测量及信号调整部分包括振荡激励源电路1、移相电路2、滞回电路3、 差动变压器式传感器4、差动放大电路5、相敏检波电路6和低通滤波电路7,显示部分包括 A/D转换模块8、单片机9和显示器10,所述振荡激励源电路1的输出端分别连接移相电路 2和差动变压器式传感器4,移相电路2的输出端连接滞回电路3,差动变压器式传感器4的 输出端连接差动放大电路5,滞回电路3的输出端和差动放大电路5的输出端均与相敏检波 电路6建立连接，相敏检波电路6的输出端连接低通滤波电路7的输入端，低通滤波电路7 的输出端通过A/D转换模块8与单片机9建立连接，单片机9的输出端连接显示器10。
[0024] 所述差动变压器式传感器4为三段式螺线管差动变压器式传感器。
[0025] 所述振荡励磁源电路