基于差動變壓器式傳感器的位移測量系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種位移測量系統，具體涉及基于差動變壓器式傳感器的位移測 量系統，屬于電子位移測量技術領域。
【背景技術】
[0002] 物體在某一段時間內，如果由初位置移到末位置，則由初位置到末位置的有向線 段叫做位移。位移是一個重要的物理量，它表明了物體運動的距離和方向。所以測量物體 的位移也就很重要。位移是和物體的位置在運動過程中的移動有關的量，位移的測量方式 所涉及的范圍是相當廣泛的。小位移通常用應變式、電感式、差動變壓器式、渦流式、霍爾傳 感器來檢測，大的位移常用感應同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技術來測量。其中光柵傳感 器因具有易實現數字化、精度高（目前分辨率最高的可達到納米級）、抗干擾能力強、沒有 人為讀數誤差、安裝方便、使用可靠等優點，在機床加工、檢測儀表等行業中得到日益廣泛 的應用。
[0003] 位移測量屬于線性測量，而位移傳感器是一種屬于金屬感應的線性器件，傳感器 的作用是把各種被測物理量轉換為電量。在生產過程中，位移的測量一般分為測量實物尺 寸和機械位移兩種。按被測變量變換的形式不同，位移傳感器可分為模擬式和數字式兩種。 模擬式又可分為物性型和結構型兩種。常用位移傳感器以模擬式結構型居多，包括電位器 式位移傳感器、電感式位移傳感器、自整角機、電容式位移傳感器、電渦流式位移傳感器、霍 爾式位移傳感器等。朝著穩定性好，使用壽命長.規格全，精度高，體積小，量程長，可 以在惡劣環境下工作，而現有技術中的位移測量系統存在測量精度低，測量穩定性差的問 題。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型的目的是為了解決現有技術中的位移測量系統存在測量精度低，測量 穩定性差的問題。
[0005] 本實用新型的技術方案是：基于差動變壓器式傳感器的位移測量系統，包括測量 及信號調整部分和顯示部分，測量及信號調整部分的輸出端連接顯示部分，所述測量及信 號調整部分包括振蕩激勵源電路、移相電路、滯回電路、差動變壓器式傳感器、差動放大電 路、相敏檢波電路和低通濾波電路，顯示部分包括A/D轉換模塊、單片機和顯示器，所述振 蕩激勵源電路的輸出端分別連接移相電路和差動變壓器式傳感器，移相電路的輸出端連接 滯回電路，差動變壓器式傳感器的輸出端連接差動放大電路，滯回電路的輸出端和差動放 大電路的輸出端均與相敏檢波電路建立連接，相敏檢波電路的輸出端連接低通濾波電路的 輸入端，低通濾波電路的輸出端通過A/D轉換模塊與單片機建立連接，單片機的輸出端連 接顯示器。
[0006] 所述差動變壓器式傳感器為三段式螺線管差動變壓器式傳感器，差動變壓器式測 位移，由電感變化可導致電壓變化，且靈敏度高，易測量。差動變壓器式位移傳感器具有良 好的環境適應性，具有可靠度高、壽命長，分辨率高、靈敏度好，線性度高、重復性好，測量范 圍寬等特點。
[0007] 所述振蕩勵磁源電路包括第一放大器、穩幅電路、第一電阻、第二電阻和RC選頻 電路，所述RC選頻電路接在第一放大器的輸出端與同相輸入端之間，穩幅電路與第一電阻 串聯接在第一放大器的輸出端和反相輸入端之間，第二電阻并接在穩幅電路的兩端，第一 電阻和第二電阻構成負反饋網絡，通過調節第一電阻和第二電阻的阻值，可以改變負反饋 的反饋系數，從而調節放大電路的電壓增益，使電壓增益滿足振蕩的幅度條件，穩幅電路可 以保證振蕩幅度穩定，提高了系統的穩定性，RC選頻電路構成正反饋，可以產生正弦自激振 蕩。
[0008] 所述穩幅電路包括并聯連接的第一二極管和第二二極管，第一二極管的負極與第 二二極管的正極連接第一電阻的一端，第一二極管的正極與第二二極管的負極連接第一放 大器的輸出端，放大電路的負反饋回路里加入的非線性元件來自動調整負反饋放大電路的 增益，從而維持輸出電壓幅度的穩定。
[0009] 所述相敏檢波電路包括第二放大器、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第 七電阻、第八電阻、第一晶體管和第二晶體管，第三電阻和第四電阻串聯后接在第二放大器 的反相輸入端，第五電阻和第六電阻串聯后接在第二放大器的同相輸入端，第八電阻的接 在第二放大器的反相輸入端和輸出端之間，第一晶體管的漏極接在第三電阻與第四電阻之 間，第一晶體管的源極接地，第二晶體管的漏極接在第五電阻和第六電阻之間，第二晶體管 的源極接地，第七電阻的一端接在第二放大器的同相輸入端，第七電阻的另一端接地，相敏 檢波具有鑒相特性和選頻特性，相敏檢波電路的選頻特性是指它對不同頻率的輸入信號有 不同的傳遞特性，當差動變壓器式傳感器的銜鐵位于中心位置時，差動變壓器輸出電壓并 不等于零，我們把差動變壓器在零位移時的輸出電壓稱為零點殘余電壓，記作△ Uo,它的存 在使傳感器的輸出特性不經過零點，造成實際特性與理論特性不完全一致，此時相敏檢波 電路可以減消零點殘余電壓，確保系統的測量精確度。
[0010] 所述第三電阻阻值=第四電阻阻值=第五電阻阻值=第六電阻阻值=第七電阻 阻值=1/2第八電阻阻值，實現了全波相敏檢波。
[0011] 所述A/D轉換模塊為雙通道A/D轉換模塊，提高了轉換速率，同時防止某路AD轉 換工作異常的情況。
[0012] 所述A/D轉換模塊可以集成在單片機上。
[0013] 所述顯不器為12864液晶顯不器。
[0014] 本實用新型與現有技術相比具有以下效果：本實用新型的位移測量系統采用差動 變壓器式位移傳感器，通過移相電路、滯回電路和相敏檢波電路對振蕩激勵源電路產生正 弦的信號進行處理，不僅提高了系統的穩定性，同時大大減小了系統的測量誤差，提高了系 統的測量精度，其精度達到0. 2_。本實用新型調試方便，性能可靠，最終結果通過顯示器進 行顯示，實現了測量系統的實時性，保證了系統的運行流暢度。
【附圖說明】
[0015] 圖1，本實用新型整體結構框圖；
[0016] 圖2,本實用新型的測量及信號調整部分的電路圖；
[0017]圖3,振蕩激勵源電路輸出端的正弦波形；
[0018]圖4,移相電路處理后輸出的波形；
[0019] 圖5，滯回電路輸出的波形；
[0020] 圖6,本實用新型的最終波形；
[0021] 圖7,本實施方式的位移量與傳感器電壓輸出量的回歸直線及回歸直線的不確定 度曲線；
[0022] 圖中1、振蕩激勵源電路，2、移相電路，3、滯回電路，4、差動變壓器式傳感器，5、差 動放大電路，6、相敏檢波電路，7、低通濾波電路，8、A/D轉換模塊，9、單片機，10、顯示器，11、 第一放大器，12、第二放大器，13、穩幅電路，14、RC選頻電路，D1、第一二極管，D2、第二二極 管，R1、第一電阻，R2、第二電阻，R3、第三電阻，R4、第四電阻，R5、第五電阻，R6、第六電阻， R7、第七電阻，R8、第八電阻，VI、第一三極管，V2、第二三極管。
【具體實施方式】
[0023] 結合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】：本實施方式的基于差動變壓器式傳感 器的位移測量系統，包括測量及信號調整部分和顯示部分，測量及信號調整部分的輸出端 連接顯示部分，所述測量及信號調整部分包括振蕩激勵源電路1、移相電路2、滯回電路3、 差動變壓器式傳感器4、差動放大電路5、相敏檢波電路6和低通濾波電路7,顯示部分包括 A/D轉換模塊8、單片機9和顯示器10,所述振蕩激勵源電路1的輸出端分別連接移相電路 2和差動變壓器式傳感器4,移相電路2的輸出端連接滯回電路3,差動變壓器式傳感器4的 輸出端連接差動放大電路5,滯回電路3的輸出端和差動放大電路5的輸出端均與相敏檢波 電路6建立連接，相敏檢波電路6的輸出端連接低通濾波電路7的輸入端，低通濾波電路7 的輸出端通過A/D轉換模塊8與單片機9建立連接，單片機9的輸出端連接顯示器10。
[0024] 所述差動變壓器式傳感器4為三段式螺線管差動變壓器式傳感器。
[0025] 所述振蕩勵磁源電路