差动电容式位移传感器的仿真研究.pdf

T e c h n o l o g y A p p l i c a t l o n 羡魂喙琴葵箕瑟簿蹙器翩 拶真研 当动极片向一侧移动M 时，则电容相应变化为：c I = 号譬舌Q = 号! 誓暑 ( 3 ) 躲戮燃多二 万方数据 。r e c h n o I o g y A p p l i c a t i o n 与应用 个电压信号，经过放大、整流及滤波电路将其直流分量提取 出来，该直流分量与差动电容动片位移成正比关系。 l 、正弦激励电路 正弦激励电路选用由集成运放和R C 串并联网络形成的 文氏桥振荡电路，此电路具有简单经济、体积小、功耗低等 特点【5 】o 本正弦振荡电路的谐振频率户1 0 k H z ，其它参数设置 如电路原理图2 所示。 2 、转换电桥电路 变压器电桥转换电路具 有元件少，输出阻抗小，桥 路开路时电路呈线性等优 点，电路仿真原理图如图3 所示。C 1 、G 为电容式传感 器的电容。当负载阻抗为无 穷大时，电桥的输出电压为： 吣等箍 以互= 志，z z = 志 带入得到： = 等臻 将式( 3 ) 带入式( 5 ) 中可得： = 等等 3 、放大电路 转换电桥输出信号非常 微小( 仅有几至几百毫伏) ，因 此需采用具有高输入阻抗的 前置放大器进行放大。这里 采用直接耦合方式的两级放 大电路，其放大倍数足= 蜀局：拿拿，R 3 和R 6 为平 1 R l 心 一。 衡电阻。放大电路仿真原理 图如图4 所示。 4 、整流电路 研究采用由集成运放放 大器构成的精密整流电路， 它可以将很微弱的交流电转 化为直流，电路图如图5 所 黧黜躺 不o 5 、滤波电路 滤波器是一种能使有用信号通过，滤除信号中的无用频 率，即抑制无用信号的电子装置。由于整流电路输出的电压 信号为含有直流分量的周期信号，其包含高次谐波，本文采 用二阶巴特沃斯低通滤波器将谐波信号滤除。其原理图如图 万方数据 ：， T e C h n o l o g y A p p I i C a t i o n 6 所示。 设计的低通滤波器的截止频率厶应远小于原信号的频 率，以使各次谐波信号被有效滤除，得到平滑的直流分量。 本设计中低通滤波器的截止频率为1 6 H z ，直流增益为1 6 ， 可以得到该滤波器的传递函数为： 刖= 器 ( 7 ) 四、传惑器模型的建立与仿真 根据传感器的数学模型及测量电路的原理图，建立基于 M A T u 出s i n “i n k 的仿真模型，其仿真模型如图7 所示。其 中转换电桥模块c o n v e m n g 耐d g e 和整流模块融t i f i e r 分别 如图8 和图9 所示。当传感器输入信号从O 6 m m 变化到 O 6 m m 时，测量系统的输入输出关系曲线如图l O 所示。 从仿真结果可以看出，此传感器的灵敏度为 7 4 1 8 4 v ，m m ，且在研究范围内具有好的线性度。 五、总结 通过对差动电容式位移传感器的结构及测量系统的设计 与仿真，得出所设计的传感器具有好的线性度与灵敏度 ( 7 4 1 8 4 v 伍吡) 。且基于M a n a b s i 枷l i n k 的传感器仿真方法 简单易调试，大大减少了传感器结构及测量系统的设计时间 和成本，是一种较好的设计方法。 参考文献 【l 】陈超，续志军电容式倾角传感器的研究与应用阴 传感器与仪器仪表，2 0 0 9 ，2 5 ( 6 - 1 ) ：1 5 3 1 5 5 【2 】鲍丙豪，张玲差动电容小位移传感器的研究阴仪 表技术与传感器，2 0 0 9 ( 6 ) ：1 6 - 1 7 ，2 1 【3 】刘建锋，袁赣南，甘兴利表面测量的差动电容传感 器研究川仪器仪表学报，2 0 0 6 ，2 7 ( 6 ) ：1 6 5 0 - 1 6 5 5 【4 】卢致续，张维波，隋晓光，吴彦双差动电容式倾角传 感器的研究阴仪表技术，2 0 0 9 ( 4 ) ：6 8 7 0 【5 】周云波R c 文氏桥振荡器研究【J 】。宝鸡文理学院学 报( 自然科学版) ，2 0 0 1 ，2 1 ( 4 ) ：3 0 4 3 0 7 S i m u l a 娃O nO fd i s p I a c e m e n ts e n s O rb a s e d0 n d i f f e r e n t i a lc a p a c i t yp r i n c i p l e P E N G W 色n z h o n g ( 物馏而D ”曰绷c 厅矿G 缸凸帆咖愕 如f D rc D 三册，场咿矗D “4 2 5 0 0 1 ，a 加口) A b s t r a c t ： Ad i s p l a c 锄e n ts e n s o rb 嬲c d d i 岱删a lc a p a c i 妙p 血c i p l ei ss t u d i e di nt h ep 8 p l e LI t s n l a t l l e n 枷c a lm o d e la l l dd e 把c t i o nc i r c u i t sa r es i | 州a 把d T h e d e t e c t i c i r c m t si n c l u d es i n u s o i d a ls t i 胁c i r c l l i t ，n v c r t i n g 蜥d g e ，锄p l i f i e rc i r c u 地p r c c i s i o nr e c 6 f i e rc i r c l l i t 锄df i 蛔 c i 咖i t T h eM a t l a b S i I 肌l i I l l 【s o 行w a i su s e dt os i m t l l a t et l l e n s o rs y s t e m T h ep e r f o m m n c e so f t l l es e n ra r e 蛆a b ，z e d T h e r e m l t ss h o wm a tt h es i I 肌l a t i o nm e t l l o dc 蛐锄a l y z et h e m t i o n a l 时o ft 1 1 es e n s o r 粕di t sd e t e c t i c h l l i t s F u r I h e 瑚o r e ， m es 舶s o rh 雒g o o dl i n e 嘶够w h e ni l sm e 勰谢n g 舢g ei s s u i t a _ b l e l ( e y w o r d s ：d i 任- e r l e n t i a l ；c 印a c i 哆；d i s p l e m ts 咖 作者简介 彭文中，广汽长丰汽车股份有限公司永州分公司技术部副部 长，工程师，主要从事整车工艺和技术工作。 地址：湖南省永州市冷水滩区邮编：4 2 5 0 0 l 邮箱：p w e n 如o n g l 9 7 8 s i n a c 锄 读者服务卡编号5 口 鬻撼渊、薹 万方数据