工程测试课程设计-三维位移传感器设计(编辑修改稿)

工程测试课程设计-三维位移传感器设计(编辑修改稿)内容摘要：

及公差要严格控制。 （ 2）在 Z 轴方向测量部件周围尽量少使 用金属部件。 （ 3）在使用中注意传感器的有效测量范围，在测量时应将被测物体至于测量范围之内。 （ 4） 由于滑槽开在外围壁上，故而当外壁受损或发生变形时将会影响传感器精度，因此使用传感器时应注意安装位置，避免其受到挤压，冲击，震动等影响。 方案与结构优化 ： （ 1）在老师的指导下得知，滑槽的加工比较困难，无法保证其精度，故而改为圆柱导轨 ,导轨两端用沉头螺钉固定。 结构如图 101 西安工业大学工程测试课程设计 第 9 页 共 24 页 图 101 （ 2）考虑到差动变压器式传感器电路较复杂 ，故而将 Z 方向位移的测量也换为 PSD，结构如图 102： 图 102 附图：机械本体设计的三视图 西安工业大学工程测试课程设计 第 10 页 共 24 页 第三章 电路设计 在前面的设计中已经介绍了电路部分的总体设计放大电路， AD 转换器，STM32F103 微控制器， RS485 接口及与其对应的接口电路。 PSD介绍及电路 PSD（ Position Sensitive Detectors）是一种 能测量光点在探测器表面上连续位置的光学探 测器。 PSD 由 P 衬底、 PIN 光电二极管及表面电阻组成。 与 CCD 探测器相比，PSD 有诸多优点，如位置分辨率高，响应速度快和处理电路简单等。 另外，位置信号与落在探测器上的光斑形状无关。 特点 ●位置分辨率高 西安工业大学工程测试课程设计 第 11 页 共 24 页 ●光谱响应宽 ●响应速度快 ●位置和光强同时测量 ●不受光斑的约束 ●可靠性高 应用范围 ●光学位置和角度的探测 ●光学遥测系统 ●位移和振动测量 ●激光对中和准直 ●距离测试 ●人类运动 姿态分析 工作原理与 PSD 特点 1 结构 PSD 由在平面硅衬底上的三层组成： P型层在表面， N 型层在另一面， I层在它们中 间。 落在 PSD 上的入射光转换成光电子后由 P 型层上，两端电极探测并形成光电流。 2 原理 当一束光落在 PSD 上，相应于光能量的电荷 在入射点产生，电荷通过 P型电阻层被电极收集。 P 型层 是均匀一体的电阻层，被电极收集到的光电流与 入射点和电极间距成反比。 由此可得出如下公式： I1 和 I2 是电极的光电流， L和 I0 分别代表电极间距和总光电流。 西安工业大学工程测试课程设计 第 12 页 共 24 页 原理电路 经过对比参数，我们小组最终选择了上海欧光的 HY0202（ 2DPSD）型的 PSD 有效光敏面 15 15mm 分辨率 1μ m 光谱响应范围 380～ 1100nm 响应时间 s 工作温度 10～ 60℃ 放大电路设计 根据 PSD 电路原理图本次采用运用最简单的运算放大电路，采用两次反相输入将 PSD 中的电 流信号放大时从正向 反向 正向的变换。 从而将电路放大了 2 次。 西安工业大学工程测试课程设计 第 13 页 共 24 页 运算放大原理图 设计放大电路图 A/D转换器的选择与设计电路 在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量，通常需要用计算机对这些信号进行处理，则需要将其转换成数字量， A/D 转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量根据 A/D 转换器的工作原理，常用的 A/D 转换器分为 2种，双积分式 A/D 转换器和逐次逼近式的 A\D转换器。 随着信息技术和计算机技术的高速发展，数字信号处理技术已逐渐成为一门主流技术，并在许多领域得到广泛应用。 再加上光纤通信技术和传感技术的日趋成熟完善，使得研制新型的电力互感器成为可能。 在本次设计系统中，为了将模拟量转换为数字量，采用的是电子式互 感器是一种利用现代数字处理和光纤通信技术来实现电力系统电压、电流测量和保护的新型互感器装置。 ADS8344 是 TI公司生产的 8通道、 16位、高精度、低功耗 A/D转换芯片。 TMS320LC545 是 TI 公司生产的 16 位、低功耗、高速 DSP 芯片。 、电子式互感器高压侧数据处理系统 电子式互感器高压侧数据处理系统主要由信号预处理、 A/D 转换、 DSP主控和 E/O 转换四部分组成。 信号预处理部分接收各种传感头测量的模拟信号并对其进行一些预处理。 比如： Rogowski 线圈感应的电动势需经一积分器变换成 西安工业大学工程测试课程设计 第 14 页 共 24 页 与一次电流同 相位成正比的电压信号。 传感头测量的模拟信号必须经过调压，且要考虑一定的裕度，使其符合 A/D 芯片模拟通道的允许输入范围。 A/D 转换部分主要是在 DSP主控芯片的控制下实时将模拟信号变换成数字信号。 E/O 转换部分是将数字信号经过调制变成光脉冲信号，然后由光纤传输到低压侧。 、 ADS8344 的主要特点 、 ADS8344 的结构特点 ADS8344 是一个高速、低功耗、 16 位逐次逼近型 ADC，采用 至 5V单电源供电，最大采样速率为 100kHz，信噪比达 84dB?带有串行接口，它包含 8个单端模拟输入通道 (CH0～ CH7)?也可合成为 4个差分输入。 100kHz 时的典型功耗为 10mV。 参考电压 VREF 的范围从 500mV 到 VCC，相应的每个模拟通道的输入从 0V 到 VREF。 自带采样 /保持功能，采用 20 引脚 QSDP 封装或 20 引脚 SSOP 封装，工作温度范围为 40℃～ +85℃。 该芯片适合应用在电池供电系统 (如个人数字助。