自感式传感器课程设计
引言
传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的与规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。
本说明书中设计的具有带相敏检波电路的差动式自感传感器是将位移的变化转化成电感的变化，再通过信号调节电路将其转化成可测量的电压信号。
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目录
课程设计任务书 ............................. 2 一、设计要求 .............................. 3 二、基本原理 .............................. 3 1.自感传感器简介···3 2.自感式传感器的工作原理···3 3.差动 变隙式自感传感器的工作原理···5 4零点残余误差的影响···6 三、传感器结构与参数 ...................... 7
四、传感器测量电路 ......................... 9
1.交流电桥···10 振荡电路···11 3.移相器···13
4.放大器···14 5.相敏检波器···15 6.低通滤波器···18
五．误差分析 ............................... 20 六、结论 .................................. 22 七、参考资料 .............................. 23
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一、设计要求
按照任务书进行设计，设计的传感器必须满足所要求的几个
技术参数。根据设计成果进行验证试验并记录试验现象。
二、基本原理 1、自感传感器简介
自感式电感传感器是利用线圈自感变化实现测量的一种装置，其核心部分是可变自感，在将被测量转换成线圈自感变化时，一般要利用磁场作为媒介或利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有电感绕组。 2、自感式传感器的工作原理
图2.1所示为为自感传感器的结构原理图。传感器由线圈、铁心和衔铁三部分组成，在铁心与衔铁之间有厚度为?的空气隙。当被测运动物体带动衔铁上下移时，气隙厚度产生变化，是铁心和衔铁形成的磁路磁阻发生变化，从而使线圈的自感Ｌ也发生变化。线圈自感Ｌ的计算公式为
N2L?RM
(2?1)
式中：Ｎ为线圈的匝数；RM为磁路的总磁阻。
如果空气隙厚度—较小，而且不考虑磁路的铁损，则总磁阻
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为磁路中铁心、气隙和衔铁的磁阻之和:
RM??i?1nli??2?iSI?0S (2?2)
式中：li为各段导磁体的长度（包括铁心、衔铁）；?i为各段导
磁体的相对磁导率；Si为各段导磁体的截面积；Ｓ为空气隙磁通截面积；?o为空气隙的磁导率（4??。将式2-2代入式2-110?7H/m）得
L?nN2图21
??2??iSi?0Si?1li (2?3)
由于铁心与衔铁为铁磁材料，其磁阻与空气隙磁阻相比小得多，
故可忽略，则式2-3可简化为
?0SN2L?2?
(2?4)
由式2-4可看出，线圈的自感量Ｌ与?、S和Ｎ三个参数有关。 当线圈匝数一定时，若Ｓ不变，?变化，则Ｌ为?的单值函数， 可构成变气隙传感器，这种传感器灵敏度很高，是最常用的电感式传感器。
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3、差动变隙式自感传感器的工作原理
变气隙型传感器单个线圈使用时，由于线圈中流往负载的电流不可能等于零，存在起始电流，因而不适用于精密测量衔铁始终受电磁吸力，会引起附加误差，非线性误差较大；一些干扰，如电源、电压、频率与温度的变化，都会影响输出，从而产生误差。这些问题的存在使得单个线圈构成的简单的电感传感器一般不宜用在精密测试系统中，实际工作时，常常差动使用，即采用两个相同的传感器线圈共用一个活动衔铁，构成差动电感传感器，从而可以提高电感传感器的灵敏度，减小其测试误差。 如图2.2。从图中可知，
若衔铁向下移动，气隙?1增加??，电感减小；气隙?2减小??电感—增大，则差动变隙式自感传感器的电感变化量为
?0SN2?0SN2??01?L?L1?L2????2L0?2(?0???)2(?0???)?01?(??/?0)2(2?5) 由式2-5可知，差动式电感传感器的电感相对变化量为
?L??1??2?2L0?01?(??/?0)
(2?6)
??当???1，可将式-6展开围泰勒级数形式并作线性处理，忽略
高次项，可得
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