东北石油大学
课程设计
2012年6 月25
任务书
课程传感器课程设计
题目半导体传感器应用电路设计
专业测控技术与仪器姓名学号
主要内容：
利用温度传感器和热电偶设计制作一个温度测量系统。参考利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。进一步了解有关温度传感器的工作原理，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。
基本要求：
1、详细了解所选用的温度传感器的工作原理，工作特性等
2、设计合理的信号调理电路，并列出制作该装置的元器件。
主要参考资料：
[1]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.45-48.
[2]王雪文，张志勇.传感器原理及应用[M].北京：航空大学出版社，2004.27-34.
[3]张福学.现代实用传感器电路[M].北京：中国计量出版社，1997.16-24.
[4]缪家鼎，徐文娟，牟同升.光电技术[M].杭州：浙江大学出版社，1987.22-27.
完成期限2012.6.25—2012.6.29
指导教师
专业负责人
2012年6 月25 日
摘要
传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。利用半导体温度传感器AD590 设计制作一个温度测量系统,AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。
关键词：关键词传感器；半导体；温度传感器；AD590
目录
一、设计要求 (1)
二、方案设计 (1)
1、方案说明 (1)
2、方案论证 (2)
三、传感器工作原理 (2)
四、电路的工作原理 (2)
五、单元电路设计、参数计算和器件选择 (3)
1、单元电路设计 (4)
2、参数计算 (6)
3、器件选择 (6)
六、总结 (7)
半导体传感器应用电路设计
一 、设计要求
参考下面的利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。用单片机和AD 芯片进行信号的采集等相关处理，要有Protel 画的硬件接线原理图﹑利用c 语言在单片机开发软件中编写相关程序，并对单片机的程序制作详细解释。
二、方案设计
1、方案说明
1、方案一
利用热敏电阻测量温度，热敏电阻的电阻值随温度变化而改变，通过测量其阻值推算出被测物体的温度，利用此原理构成的传感器就是电阻温度传感器，这种传感器主要用于-200—500℃温度范围内的温度测量。纯金属是热电阻的主要制造材料，热电阻的材料应具有以下特性：电阻温度系数要大而且稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；电阻率高，热容量小，反应速度快；材料的复现性和工艺性好，价格低；在测温范围内化学物理特性稳定。
2、方案二
AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。它利用晶体管的b-e 结压降的不饱和值V RE 与热力学温度T 和通过发射极电流I 的下述关系实现对温度的检测。
（1）
式中：k--是波耳兹曼常数； q--是电子电荷绝对值。
集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。电压输出型的灵敏度一般为10mV/K ，温度0K 时输出0，温度25℃时输出2.9815V 。电流
I q kT
V RE ln
输出型的灵敏度一般为1μA/K，25℃时输出298.15μA。选择方案二。
2、方案论证
AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端温度传感器。流过器件电流的微安数等于器件所处环境温度的热力学温度度数。它主要特性如下：
(1)AD590的测量范围为-55~+150℃。
变化1μA，相(2)AD590的电源电压范围为4~30V。电源电压从4~6V变化，电流I
T
当温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V的反向电压。因而器件反接也不会损坏。
(3)输出电阻为710MΩ。
(4)AD590在出厂前已经校准，精度高。AD590共有I、J、K、L、M五挡。其中M 档精度最高，在-55~+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。I档误差较大，误差为±10℃，应用时应校正。
由于AD590的精度高、价格低、不需辅助电源、线性度好，因此常用于测量和热电偶的冷端补偿。
三、传感器工作原理
工业生产中最常见的一种传感器就是温度传感器了。温度传感器将
物体的温度转化为电信号输出。不同的温度传感器制作方法不同，常见
的有热敏电阻、热电偶和集成型产品。温度传感器的特点为，结构简单，
测量范围宽，稳定性好、精度高等优点。其发展大体经历了从分体式、
模拟集成到智能型阶段。现在的温度传感器不仅温度信号输出，还可以
集成湿度测量，信号输出也由原来的单一信号变成多样化的输出形式，
可以进行远距离通信，数据可以根据需要进行记录、上限报警和自控控
制等多种功能。
温度传感器是通过测量物体的某些参数随着温度的变化而间接测量
温度的。一个好的温度传感器要有应具备很多条件，比如温度范围宽、
精度高、响应快、可靠性好、价格低等。温度传感器有接触型和非接触
型两类，接触型温度传感器价格低、响应速度慢、结构简单等特点，非
接触型温度传感器响应速度快，还可以应该用测量高温、有腐蚀性的场
合。
四、电路的工作原理
传感器前端信号调理如图1所示。要求的测量范围为室温，这里定位0～
80C0。0C0时，A点输出电压为273.2mv；80C0时，A点输出电压为（273.2+80）
与温度mv。调整B点的电压使之为273.2mv，这样就可以得到差分电压信号V
AB
的关系为1mv/C0。经过传感器前端调整后的信号V AB要经过放大才能够被单片
机采样。图中LM336提供2.5伏参考电压源。
图1 AD950信号调理电路
这里预定采用通用MCS-51单片机和AD590芯片进行数据采样、处理。AD590是一个8通道8位ADC芯片，预计采样为0～5v的标准信号，对应采样结果位0～255。基本能满足设计要求（范围0～80度，误差为 1C0）。信号数据在测量系统中流程变化如表1所示。表1中，假如放大后温度信号数据取值范围为0～2v；单片机接入通道参考电压为2.5v，故0～2.5v的信号相应地被转换为0～255这数据；单片机显示温度数据等于单片机采样结果乘上80后在除去204。这里要求出差分电压V AB放大成为预采样为0～2v的标准信号的增益。
表1 测量数据在系统中流程变化
五、单元电路设计、参数计算和器件选择
1、单元电路设计
放大器可选用LM318、LM741、121等Op Amp。我们实验室有一种更好使用的放大器AD620(在一般信号放大的应用中通常只要透过差动放大电路即可满足要求。然而基本的差动放大电路精密度较差，且差动放大电路上改变放大增益时，必须调整两个电阻，影响整个信号放大精确度就更加复杂。仪表放大器则无上述的缺点。简单地说就是使用方便简单，缺点是价格高)，这里就采用该芯片作为我们的放大器。该芯片引脚如图2所示。
Rc
Rc
-IN+Vs
+IN OUTPUT
-Vs REF
图2 芯片引脚TOPVIEW
因为AD620工作需要V
12
的电压接在+VS和-VS上，这里采用一个直流电压模块SAPS的SR5D12/100，需要5伏电压供电，输出为+12V和-12V的电压，如图3所示。
图3 SR5D12/100芯片引脚图
这样传感器信号调理电路就基本完成了，如图4。档T=0C 0时，V 0=0V ；档T=80C 0时，V 0=2V ；及灵敏度为25mv/C 0。
图4 AD590信号调理电路
2、参数计算
V REF5.2 ,单片机从ADC0809上采样的接口数据N 因ADC0809的参数电压为V
还原为要显示的温度数据T的计算式子。
从上面的接口电路可知：p0口直接与ADC0809的数据线相连接，p0口的低三位通过锁存器74LS373连接到ADDA、ADDC,锁存器的锁存信号是89C52的CLK管脚，给ADC0809提供666KHz的时钟信号。
P2.7口作为读写口的选通地址。片外A/D转换通道的地址为7FF8H～7FFFH。在软件编制时，令p2.7（A15）=0，A0、A1、A2给出被选择的模拟通道地址，执行一条输出指令，就产生一个正脉冲，锁存通道地址和启动A/D转换；执行一条输出指令，读取A/D转换结果。
可采用延时等待AD转换结束方式，分别对8个通道模拟信号轮流采样一次，并依次大结果存放在数据存储器。
也可以采用8051的中断方式的接口来编写程序（ADC0809的E0C接8051的INT0），此时可以将0809作为外扩的并行I/0口，由p2.7口和WP口脉冲同时有效来启动A/D转换，通道选择端A、B、C分别与地址线A0、A1、A2相连。其端口地址分别为7FF8H～7FFFH/。A/D转换结束信号E0C经反相后，接80C51的外部中断管脚。
3、器件选择
晶振瓷片电容C1，C2 RAD-0.3,30PF、复位电容C3 RAD-0.3,10UF、铝电解电容C4，50V1000UF、铝电解电容C8，C9，C13，35V1000UF、聚脂电容C5，C7，C10，C11，C12，C14，ct104,104、铝电解电容C6、铝电解电容C16，C18，2.2UF、铝电解电容C13，C15，35V100UF、铝电解电容C17，1UF、220V插座带1m接受线，LN（PE）POWER-CZ、整流桥D1，D2，2W10、稳压管D3，LM336-2.5V、共阳LED 数码管DS1-DS4，DIP10、4芯片5.08接插件JP1，JP4，JP5，4-5.08ZUO、复位电阴，10%，R1，AXIAL-0.4,10K、限流电阴，10%，R2-R14 ，510，复位开关S1，SPST-2，SW-PB、变压器，AC8V-GND;AC15GND-AC15T1、DIP40，单片机座、单片机U1，AT89S52、DIP20，741S373座，DIP28，ADC0809座、ADC0809U3、DIP14，74LS02座、74LS02U4，DIP-14/D19.7 74AC02PC、铁壳的，买散热片，以膈供DC5V电机用U5、7815U6、7815U7、AD590，温度传感器U8、DIP8，放大器座、DIP8，MAX6225座、MAX6225U10、调整信号可变电阻VR2 102、调整信号可变电阻VR2 202、调整信号可变电阻VR2 103、晶振，ale六份频为666KHZ Y1、实验板Z1，Z2、铜螺柱四个、导线若干。
系统需要的元器件清单
表2 元器件清单
六、总结
温度是工业中非常关键的一项物理量，在农业、工业、各种高新技术开发和研究中也是一个非常普遍和常用的测量参数。目前，随着信息技术的发展，传感技术的广泛应用，温度测试技术已向自动化、智能化方向发展。基于此，提出了温度的数字化测量。随着人们生活水平的不断提高，数字温度计的要求也越来越高，为现代人工作、科研、生活、提供更好、更方便的设施就需要从新技术入手，一切向着数字化控制、智能化控制方向发展。本设计需要采用传感器技术与电子技术相结合。设计的数字温度计与传统的温度计相比，输出温度采用数字显示，具有读数方便，测温范围广，测温准确等重要特点。主要用于测温比较准确的场所。
数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显。主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用。检测是控制的基础和前提，而检测的精度必须高于控制的精确度，否则无从实现控制的精度要求。不仅如此，检测还涉及国计民生各个部门，可以说在所以科学技术领域无时不在进行检测。科学技术的发展和检测技术的发展是密切相关的。现代化的检测手段能达到的精度、灵敏度及测量范围等，在很大程度上决定了科
学技术的发展水平。同时，科学技术的发展达到的水平越高，又为检测技术、传感器技术提供了新的前提手段。目前温度计的发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到了现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。目前的温度计中传感器是它的重要组成部分，它的精度灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。传感器应用极其广泛，目前已经研制出多种新型传感器。
经过传感器课程设计，终于完成了我组的数字温度计的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的。很感谢老师提供一个机会，让我更深刻的了解了温度传感器和单片机，经过辛勤努力查找资料，终于按计划完成了数字温度传感器的设计，单片机也能实现测温。从这次的课程设计中，我学习到很多知识，也知道了自己的一些不足，在以后的学习中，仔细认真，注重细节，要理论联系实际，把我们所学到的知识应用到实际当中，并把实践中遇到的问题弥补理论，做其他的也是如此，在这次的设计中也找到了乐趣。
从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习传感器更是如此，经验只有在经常动脑的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。
参考文献
[1]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.45-48.
[2]王雪文，张志勇.传感器原理及应用[M].北京：航空大学出版社，2004.27-34.
[3]张福学.现代实用传感器电路[M].北京：中国计量出版社，1997.16-24.
[4]张洪润.传感器应用设计300例[M].北京：航空航天大学出版社，2008.61-66.
[5]缪家鼎，徐文娟，牟同升.光电技术[M].杭州：浙江大学出版社，1987.22-27.
[6]张英，王海容，蒋庄德.半导体吸收式光纤温度传感器的研究[M].北京：高等教育出版社，1990.105-110.
东北石油大学课程设计成绩评价表
指导教师：年月日
档案编号： 毕业设说明书题目：电涡流传感器的研究与探讨 系别：电气工程系 专业：生产过程自动化 班级： 姓名： 指导教师： （共18 页） 年月日
摘要：电涡流传感器是基于涡流效应的新型传感器。由于它具有结构简单、抗干扰能力强、测量精度高、非接触、响应速度快、不受油污等介质影响等优点，因而得到了广泛的应用。但目前的电涡流位移传感器存在着测量范围小，传感器存在非线性问题，这给传感器的应用造成了一定的影响。 本文首先通过对实验室所用的电涡流传感器实验模板的电路进行研究和优化，进而提高电路的抗干扰能力使测量结果的更加准确。其次针对电涡流位移传感器存在的测量范围小，传感器存在非线性问题的改善提出设想即：先对电涡流位移传感器用于位移检测的工作原理及应用进行分析，研究了线圈截面形状及参数变化对涡流传感器线性测量范围和灵敏度的影响；再从电路设计方面提高传感器的稳定性及抗干扰能力，从而为位移测量扩展量程打下基础；最后通过对电涡流传感器测位移实验进行分析处理得出电涡流传感器位移测量范围的扩展方法和改善电涡流传感器非线性问题的方法。 关键词：电涡流传感器; 位移测量; 非线性; 测量范围 Abstract: the eddy current sensor is a new type of sensor based on eddy current effect. Because it is simple in structure, strong anti-jamming capability, high accuracy, non-contact, fast response, not polluted advantages such media influence, and been widely used. But the current electricity eddy displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem, the sensor to a sensor applications has caused some influence. This paper firstly eddy current sensor used in the laboratory experiment template circuit research and optimization, and improve the anti-interference ability of the circuit more accurate measurement results. Secondly according to the eddy current displacement sensor measurement range small, there exist nonlinear problem of sensor to improve it puts forward the idea of the eddy current is: first displacement detection sensors for displacement of the working principles and applications, research analyzed the coil cross-section
引言 电涡流传感器具有灵敏度高、分辨力高、线性度高、重复性好、结构简单、抗干扰能力强、线性测量范围宽、安装方便、非接触测量、耐高温、能在油、汽、水等恶劣环境下长期连续工作的特点以及能够实现信息的远距离传输、记录、显示和控制的优势，被广泛应用于工业生产和科学研究等领域的位移、振动、偏心、胀差、厚度、转速等物理量的在线检测和安全保护，为精密诊断系统提供了全息动态特性。因而对于电涡流传感器的研究有着深远的理论和实践意义。 目前，对电涡流传感器的研究，主要集中在电磁学模型机理的研究、线圈几何形状的优化设计、测量精度的提高、非线性的线性化和应用范围的拓展等方面。本文提出了一种新型的电涡流传感器设计方案，具有速度快、功耗低、稳定性好等诸多优点，并已广泛应用于电力、石化、冶金、钢铁、航空航天等领域，取得了非常好的效果，得到了用户的一致好评。 1 电涡流传感器的基本工作原理[1-2] 电涡流传感器的基本工作原理是基于电涡流效应。根据法拉第电磁感应定律可知：金属导体置于变化的磁场中时，导体表面就会有感应电流产生。电流的流线在金属导体内自行闭合，这种由电磁感应原理产生的旋涡状感应电流称为电涡流，这种现象称为电涡流效应，电涡流传感器就是利用电涡流效应来检测导电物体的各种物理参数的。如图1所示。 理论和实践均证明:电涡流的大小与导体的磁导率ξ、电导率σ、线圈与导体之间的距离D 、激励电流强度I 、激励电流角频率ω、线圈尺寸因子等参数有关。探头线圈的阻抗Z 是上述参数的函数，即Z =F (,ξ, σ, D , I,ω) 。 很显然，如果只改变其中的某一参数，其他参数恒定，阻抗就成为该参数的单值函数。假设被测金属导体材质均匀，且具有线性和各向同性的性能特点，我们可以控制,ξ, σ, I ,ω这几个参数在一定范围内不变，则阻抗就成为距离的单值 函数，再通过前置器电子线路的处理，将探头线圈阻抗的变化，即探头线圈与金属导体之间的距离的变化转化为电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的距离而变化，电涡流传感器正是基于这样的原理实现对位移、振动、胀差、偏心等的测量。 图1 电涡流传感器的工作原理 2 电涡流传感器电路设计 2.1 测量电路的选择[3-5] 电涡流传感器的测量电路可分为调频式和调幅式两种，调幅式测量电路又可细分为恒定频率的调幅式和频率变化的调幅式两种。 调幅式测量电路是指以输出高频信号的幅度来反映电涡流传感器探头与被测金属导体之间的关系。其特点是:输出可以被调理为直流电压，而对直流电压进行数据采集的速度快、时间短、可以降低功耗。 调频式测量电路是指将探头线圈的电感量与微调电容构成振荡器，以振荡器的频率作为输出量的一种转换电路。其优点是：电路结构简单，抗干扰能力强，性能较稳定，分辨率和精度高，易与计算机连接，频率输出便于数据采集和处理，成本较低。 在本设计中我们采用调幅式电路。2.2 滤波、稳压、同相比例放大电路的设计 该部分电路的作用是消除直流电源中的交流成分以及电源电压的波动所造成的影响。如图2所示。 2.3 振荡电路的设计[6] 电感三点式振荡电路：由于反馈支路是电感，振荡器的输出波形中含有较多的高次谐波，且振荡频率不高，对本设计不适用，故不予采用。 电容三点式振荡电路：由于输出端和反馈支路均为电容，对高次谐波电抗小，反馈电压中高次谐波分量很少，振荡频率稳定度高，因而输出波形好，更接近正弦 波。振荡频率可以较高。符合本设计的要求，故采用。如图3所示。 图3 电容三点式振荡电路 在本设计中，为了保证振荡电路输出信号的稳定和可靠，我们采取了如下措施： 针对电源电压的变化，在电源端添加了稳压环节；针对负载变化，在振荡电路与负载之间插入了缓冲电路以屏蔽负载的影响；针对环境温度变化，采用了温度系数较小的元件，例如云母电容等；针对外界磁场会引起磁性材料磁导率的变化，影响传感器线圈的涡流效应，将振荡器密封在传感器壳体内，起到屏蔽作用，可减少回路与外界发生的电磁耦合。 2.4 检波、滤波电路的设计 检波、滤波电路将电容三点式振荡器的输出信号，经过检波、滤波，将其转换为直流信号。通过对电路的优化设计，对元器件一致性的筛选以及电阻、电容参数的合理选配，使得该电路既能保证独立线性指标的要求，又能满足对动态响应时间指标的要求，同时还要尽可能降低直流信号输出的交流噪声。检波、滤波电路如图4所示。 2.5 对数运算电路的设计[7] 电涡流传感器的设计 伍艮常 株洲职业技术学院，湖南株洲 ４１２００１ DOI ：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.076 图2 滤波、稳压、同相比例放大电路
磁阻式传感器KMZ41的特点： 内部包含有两个有磁阻构成的、位置成正交的、独立的电桥（Wheatstone Bridge）。其内部结构如下图所示： 将KMZ41置于有X轴、Y轴构成的平面上，当旋转磁场强度变化时，KMZ41就会产生两路正弦输出的信号，两信号的相位差就代表芯片轴向与磁场方向的夹角a，输出信号波形如下图所示： 图1 图2 图1为KMZ41产生的两路正弦输出信号；图2为芯片轴向与磁场方向的夹角。UZZ9001的内部结构与工作原理： UZZ9001的芯片内部包括A/D转换器1和A/D转换器2、滤波器、算法逻辑、SPI接口、时钟振荡器、；逻辑控制及复位等。UZZ9001Y与KMZ41连接，能够将磁阻式传感器KMZ41输出的两个有相位差的正弦信号转换成数字信号输出，与微控制器配套构成一个角度测量系统。 *
角度传感器部分设计： 方案一 由UZZ9000和KMZ41构成的角度检测电路： UZZ9000为线性电压输出式角度传感器调理器电路，输出电压与被测角度信号成正比；测量角度的范围是0~180°，且在0~100°范围内；测量误差小于±0.45°分辨力达0.1°；测量范围和输出零点均可调节；电源电压范围为+4.5~+5.5V；电源电流为10mA；工作温度范围是-40~+150℃。 由UZZ9000和KMZ41构成的电压输出式角度检测电路如图所示。改变R2和R3的比值，可以调节传感器1的偏移量；改变R4和R5的阻值，可以调节传感器2的偏移量；改变R6和R7的比值，可以调节零点偏移；改变R8和R9的比值；可以调节测量角度范围。电阻R2~R9可以采用电位器代替。电路输出电压送至数字电压表或者微控制器系统，即可显示出被测角度值。该电路可广泛用于发动机凸轮/曲轴速度及位置检测、节流阀控制、转向操作控制、汽车中的ABS系统等领域。 注：1.设置角度范围。在UZZ9000的引脚端13加上不同的外部电压可以选择0~30到0~180共16个不同的角度范围。
传感器应用电路设计 电子温度计 学校：贵州航天职业技术学院 班级：2011级应用电子技术 指导老师： 姓名： 组员：
摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。在件方面介绍单片机温度控制系统的设计,对硬件原理图做简洁的描述。系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，电源指示灯亮，按下开关按钮，数码管显示当前温度。由于采用了智能温度传感器DS18B20，所以本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比它的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离的点温度。系统具有微型化、微功耗、测量精度高、功能强大等特点，加之DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。 随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器。 目前的智能温度传感器(亦称数字温度传器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对
成绩评定：_______ 传感器技术 课程设计 题目位移电涡流传感器测量电路设计
电涡流传感器由于具有对介质不敏感、非接触的特点, 广泛应用于对金属的位移检测中。为扩大电涡流传感器的测量范围, 采用恒频调幅式测量电路, 引用指数运算电路作为非线性补偿环节。利用Matlab计算软件辅助设计了直径为60mn电涡流传感器探头,并结合测量电路进行实验。实验结果表明最大测量范围接近90mm验证了该系统工作的稳定性，证明设计达到了预期效果。关键词: 电涡流传感器; 测量电路;大位移; 线性化
一、设计目的-------------------- 1 二、设计任务与要求- --------------------- 1 2.1 设计任务 ---------------------- 1 2.2 设计要求 ---------------------- 1 三、设计步骤及原理分析--------------- 1 3.1 设计方法----------------------- 1 3.2 设计步骤 ---------------------- 2 3.3 设计原理分析 -------------------- 6 四、课程设计小结与体会--------------- 6 五、参考文献- ------------------------- 6
一、设计目的 1. 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 2. 了解电涡流传感器的前景及用途 二、设计任务与要求 2.1设计任务 扩大电涡流传感器的测量范围，采用恒频调幅式测量电路，引用指数运算电路作为非线性补偿环节。验证了该系统工作的稳定性，证明设计达到了预期效果。 2.2设计要求 1. 工作在常温、常压、稳态、环境良好； 2. 设计传感器应用电路并画出电路图； 3. 应用范围：测量物体的位移。 三、设计步骤及原理分析 3.1设计方法 电涡流传感器具有体积小、非接触、对介质不敏感的特点，被广泛应用于对金属位移等的测量中。尽管用电涡流传感器非接触测量位移已经得到广泛的应用但是测量位移的线性范围受到传感器线圈直径的限制，位移测量范围为线圈直径的1/3~1/5,大直径的传感器，其测量范围最大可以接近到直径的1/2。在许多领域希望能进一步扩大传感器的测量范围，以满足大位移的非接触测量。文中采用指数运算电路作为非线性补偿环节来改善传感器原有的传输特性，扩大传感器测量范围。 由电磁感应定律可知：闭合金属导体中的磁通发生变化时，就会在导体中产生闭合的感应电涡流，阻碍磁通量的变化。如图1所示,传感线圈由交流信号激励在产生焦耳热的同时，又要产生磁滞损耗，它们造成交变磁场能量的损失，进而使传感器的等效阻抗Z发生变化。 影响阻抗Z的因素有被测导体的电导率、磁导率、线圈的激励频率f及传感器与被测导体间的位移x等,只要保证这些影响因素只有位移x变化,其他都保持不变,则传感器
用于粮仓领域的智能温度传感器的设计 摘要： 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入， 同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应 根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 系统以AT89C51 单片机为控制核心，利用新型一线制温度传感器DS18B20 测量温度值，实现粮仓环境温度的检测和报警。本文给出了由AT89C51 单片机和 DS18B20 构成的单总线温度测量系统的硬件电路及软件流程图。该系统具有测点多、精度高、速度快、稳定性好、报警及时等特点,也可应用于其它相关的温度控制系统，通用性较强。 关键词：一线总线；DS18B20；AT89C51；数字温度传感器 Abstract：The system for the control of the core is AT89C51,the temperature sensors DS18B20 is used to measure temperature and this system can realize ambient temperature measurement and alarm. This article introduces the hardware circuit which the software flow chart constitutes by AT89C51 monolithic integrated circuit and DS18B20. This system has many measuring point, high-precision, wide range of temperature monitoring, good stability and alarms timely, it may also be applied in other related temperature control system and the versatility is strong. Keywords：1-Wire TM；DS18B20；AT89C51；Digit Temperature Densor
传感器原理及工程应用设计
传感器原理及工程应用设计（论文） 压电传感器在动平衡测量系统中的设计与应用 学生姓名：李梦娇 学号：20094073231 所在学院：信息技术学院 专业：电气工程及其自动化（2）班 中国·大庆 2011年12月
摘要 传感器是动平衡测量系统中的重要元件之一, 是一种将不平衡量产生的振动信号不失真地转变成电信号的装置。利用压电式力传感器作为动平衡测量系统中的敏感元件来测量不平衡质量引起的振动。重点阐述了该压电式力传感器的结构设计、安装位置设计及振动信号检测中的关键问题。同时, 详细分析了该传感器的信号调理电路特点。现场实验结果表明, 设计的压电式力传感器在动平衡测量中的性能良好。动平衡处理是旋转部件必须采取的工艺措施之一, 以单片机为核心的动平衡测量系统将逐步取代常规动平衡仪。 关键词：动平衡振动信号压电式力传感器调理电路测量系统单片机
ABSTRACT As one of the important elements in the dynamic balancing measurement system, transducer is the device that converts the vibration signal caused by the mi balance into electrical signal without distortion. The piezoelectric pressure transducer is app lied to dynamic balancing measurement system formeasuring the vibration caused by mi balanced mass. The structure design and the installation location of the piezoelectric force transducer and the critical issues in vibration signal detection are expounded. The characteristics of the signal conditioning circuit of this transducer are analyzed in detail. The experimental results show that the performance of the piezoelectric pressure transducer offers excellent performance in dynamic balancing measurement. The dynamic equilibration measurement is one of the main technological steps to betaken for all the swiveling part s. T he conventional dynamic equilibration measurement system is being replaced by a new o ne based on a monolithic computer. Keyword:dynamic balance vibration signal Piezoelectric force transducer Conditioning circuit Measurement system Monolithic computer
位移电涡流传感器测量电路设计-)
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目位移电涡流传感器测量电路设计
摘要 电涡流传感器由于具有对介质不敏感、非接触的特点,广泛应用于对金属的位移检测中。为扩大电涡流传感器的测量范围,采用恒频调幅式测量电路,引用指数运算电路作为非线性补偿环节。利用Matlab计算软件辅助设计了直径为60mm电涡流传感器探头,并结合测量电路进行实验。实验结果表明最大测量范围接近90mm,验证了该系统工作的稳定性,证明设计达到了预期效果。关键词:电涡流传感器;测量电路;大位移;线性化
目录 一、设计目的------------------------- 1 二、设计任务与要求--------------------- 1 2.1设计任务 ----------------------- 1 2.2设计要求 ----------------------- 1 三、设计步骤及原理分析 ----------------- 1 3.1设计方法 ----------------------- 1 3.2设计步骤 ----------------------- 2 3.3设计原理分析 -------------------- 6 四、课程设计小结与体会 ----------------- 6 五、参考文献-------------------------- 6
一、设计目的 1.了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 2.了解电涡流传感器的前景及用途 二、设计任务与要求 2.1设计任务 扩大电涡流传感器的测量范围,采用恒频调幅式测量电路,引用指数运算电 路作为非线性补偿环节。验证了该系统工作的稳定性,证明设计达到了预期效果。 2.2设计要求 1. 工作在常温、常压、稳态、环境良好； 2. 设计传感器应用电路并画出电路图; 3. 应用范围：测量物体的位移。 三、设计步骤及原理分析 3.1设计方法 电涡流传感器具有体积小、非接触、对介质不敏感的特点,被广泛应用于对金属位移等的测量中。尽管用电涡流传感器非接触测量位移已经得到广泛的应用,但是测量位移的线性范围受到传感器线圈直径的限制,位移测量范围为线圈直径的1/3~1/5,大直径的传感器,其测量范围最大可以接近到直径的1/2。在许多领域希望能进一步扩大传感器的测量范围,以满足大位移的非接触测量。文中采用指数运算电路作为非线性补偿环节来改善传感器原有的传输特性,扩大传感器测量范围。 由电磁感应定律可知:闭合金属导体中的磁通发生变化时,就会在导体中产生闭合的感应电涡流,阻碍磁通量的变化。如图1所示,传感线圈由交流信号激励,在产生焦耳热的同时,又要产生磁滞损耗,它们造成交变磁场能量的损失,进而使传感器的等效阻抗Z发生变化。 影响阻抗Z的因素有被测导体的电导率、磁导率、线圈的激励频率f及传感器与被测导体间的位移x等,只要保证这些影响因素只有位移x变化,其他都保持
东北石油大学 课程设计 2012年6 月25
任务书 课程传感器课程设计 题目半导体传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器姓名学号 主要内容： 利用温度传感器和热电偶设计制作一个温度测量系统。参考利用半导体温度传感器AD590和单片机技术设计制作一个显示室温的数字温度计的设计提示与分析。进一步了解有关温度传感器的工作原理，制定设计方案，确定温度传感器的型号等参数，掌握温度的检测方法。 基本要求： 1、详细了解所选用的温度传感器的工作原理，工作特性等 2、设计合理的信号调理电路，并列出制作该装置的元器件。 主要参考资料： [1]刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，2006.45-48. [2]王雪文，张志勇.传感器原理及应用[M].北京：航空大学出版社，2004.27-34. [3]张福学.现代实用传感器电路[M].北京：中国计量出版社，1997.16-24. [4]缪家鼎，徐文娟，牟同升.光电技术[M].杭州：浙江大学出版社，1987.22-27. 完成期限2012.6.25—2012.6.29 指导教师 专业负责人 2012年6 月25 日
摘要 传感器属于信息技术的前沿尖端产品,尤其是温度传感器被广泛用于工农业生产、科学研究和生活等领域,数量高居各种传感器之首。半导体传感器是利用某些半导体的电阻随温度变化而变化的特性制成的。半导体具有很宽的温度反应特性,各种半导体的温度反应区段不同。利用半导体温度传感器AD590 设计制作一个温度测量系统,AD590是一种集成温度传感器，其实质是一种半导体集成电路。集成温度传感器的线性度好、精度适中、灵敏度高、体积小、使用方便，得到广泛应用。集成温度传感器的输出形式分为电压输出和电流输出两种。 关键词：关键词传感器；半导体；温度传感器；AD590
光电传感器电路设计 1、设计要求 利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。 图1 光电对管实物图 2、电路设计 电路原理图如图2所示。 图2 光电传感器电路原理图 电路由四部分组成。 光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。 3、电路测试 测试电路如图3所示。 由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。
图3 测试电路 测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。 (a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形 (c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形 图4 测试波形 4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm） PCB图如图5所示。其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。
图5 光电传感器电路PCB图 5、完成实物图 实物图如图6所示。 (a)未焊接的PCB板 (b)焊接好的PCB板 (c)板子的外加塑料壳 图6 实物图 6、小结 在本次电路设计中，主要的难点有两个。 一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。 二是PCB板的绘制。本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件
光照强度传感器及其变送电路设计(范文)
重庆工业职业技术学院 毕业设计 课题名称：单片机流水灯设计 专业班级： 09电子301 学生姓名：魏玉玺 指导教师：王雪萍 二零一二年四月
光照强度传感器及其变送电路设计 【摘要】光照强度传感器是现代工业和日常生活中经常出现的一种基于光强变化的 检测器件，它可以检测出其接收到的光强的变化，主要使用各种光电元件来将光信 号转换成电信号，再经信号取样电路、放大电路和模数转换电路处理，获取表示光 照度的数字信号，再交由微处理器或ＤＳＰ处理。光电检测方法具有精度高,反应快,非接触等优点,而且可测参数多,传感器的结构简单,形式灵活多样,因此,光电式传感器在检测和控制中应用非常广泛。本设计利用传感器设计的基本方法，设计 制作一个可以感知外界光照度变化的传感器，以实现对光照度信号的测量。 【关键词】：光照强度；传感器；变送电路 目录
第一章绪论 (4) 1.1引言 (4) 1.2传感器的概述 (4) 第二章系统设计 (5) 2.1光电传感器及敏感元件 (5) 2.1.1光敏电阻器……………………………………………………………………....... 5 2.1.2光敏二极管.............................................................. . (5) 2.1.3光敏晶体管 (6) 2.2光电传感器概述 (6) 2.3光电传感器工作原理 (6) 2.4光照传感器的设计 (8) 2.4.1设计方案一 (8) 2.4.2设计方案二 (9) 2.5方案比较 (10) 第三章变送电路硬件设计 (10) 3.1变送电路简介................................................................................ (10) 3.2热电阻二线制变送器的设计 (12) 3.2.1信号采集电路 (13) 3.2.2一级放大电路和线性化调整电路 (13) 3.2.3调零、电源平衡及二级放大电路……………………………………… 13 3.2.4调满电路和V/I转换电路…………………………………………………… 14 3．3 热电偶二线制变送器电路设计 (14) 3.3.1信号采集和一级放大电路 (14) 3.3.2 线性化调整电路和二级放大电路 (15)
课 程设计报告与说明书 《电涡流位移传感器》 课程设计 学生姓名：_________ ___________ 学号：____________ 入学时间： 14 年秋季 专业：___机械设计制造及其自动化___ 直属/分校：__________直属____________ 指导教师：______ 解晓光__________ 大连广播电视大学 2014年12月
设计题目：电涡流位移传感器课程设计 一、设计要求 1、量程：：0～20mm 2、精度：1mm 3、激励频率：1M Hz 4、输入电压：24V 5、介质温度: -50℃～250℃ 6、表面的粗糟度: 0.4μm～0.8μm 7、线性误差：＜±2% 8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃ 9、频率响应：0～5KHz 二、总体设计方案 电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。根据下面的组成框图，构成传感器。 根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料： （1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。 （2）传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。 （3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。 三．电涡流传感器的基本原理 3.1 电涡流传感器工作原理 根据法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。其变化程度取决于被测金属导体的电阻率ρ，磁导率μ，线圈与金属导体的距离x，以及线圈激励电流的频率f等参数。如果只改变上述参数中的一个，而其余参数保持不变，则阻抗Z就成为这个变化参数的单值函数，从而
电涡流位移传感器设计 技术要求： 1、量程：0～20mm 2、精度：1mm 3、激励频率：1M Hz 4、输入电压：24V 5、介质温度: -50℃～250℃ 6、表面的粗糟度: 0.4μm～0.8μm 7、线性误差：＜±2% 8、工作温度：探头（-20～120）℃，延长电缆（-20～120）℃，前置器（-30～50）℃ 9、频率响应：0～5KHz 一、总体设计方案 电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响、结构简单等优点。根据下面的组成框图，构成传感器。 根据组成框图，具体说明各个组成部分的材料： （1）敏感元件：传感器探头线圈是通过与被测导体之间的相互作用，从而产生被测信号的部分，它是由多股漆包铜线绕制的一个扁平线圈固定在框架上构成，线圈框架的材料是聚四氟乙烯，其顺耗小，电性能好，热膨胀系数小。 （2）传感元件: 前置器是一个能屏蔽外界干扰信号的金属盒子，测量电路完全装在前置器中，并用环氧树脂灌封。 （3）测量电路：本电路拟采用晶体振子及其外围电路来产生振荡。同时考虑到当采用晶体振子构成正弦波振荡电路时，有众多的模拟要素需要处理。如电路常数的确定，工作点的设定和负载阻抗的选用等。因此本电路将采用由COMS反向器与晶体振子组成的最简单且稳定性高的电路，来产生频率为1M的方波信号源。 二、电涡流传感器的基本原理 2.1 电涡流传感器工作原理 根据法拉第电磁感应定律，当传感器探头线圈通以正弦交变电流i1时，线圈周围空间必然产生正弦交变磁场H1，它使置于此磁场中的被测金属导体表面产生感应电流，即电涡流，如图2-2中所示。与此同时，电涡流i2又产生新的交变磁场H2；H2与H1方向相反，并力图削弱H1，从而导致探头线圈的等效电阻相应地发生变化。其变化程度取决于被测金属导体的电阻率ρ，磁导率μ，线圈与金属导体
课程设计 2012年6 月25
任务书 课程传感器课程设计 题目电阻式传感器应用电路设计 专业测控技术与仪器11—1 姓名李宠学号110601220127 主要内容： 本设计是基于电阻式传感器的应用电路设计，其主要包括三个环节即：敏感环节（金属应变片全桥电路）、放大环节（放大器）、转换处理环节（A/D转换和单片机处理）。金属应变片感受外界力的作用，将非物理参量转换为电参量，然后经后续电路放大、A/D转换和单片机处理显示。 基本要求： 1、设计一个电阻式传感器的应用电路。 2、对本设计进行测试、评估。 3、说明所用传感器的基本工作原理、画出应用电路电路图、写明电路工作原理、注明元器件选取参数、进行方案比较。 主要参考资料： [1] 阎石.数字电子技术[M].北京：高等教育出版社.2005.12 [2] 刘润华，刘立山.模拟电子技术[J].自动化仪表.2005.6:21-23. [3] 黄贤武，郑筱霞.传感器及其应用[M].北京：高等教育出版社.2004.3:22-28 [4] 张刚毅.单片机原理及应用[M].北京：高等教育出版社.2006.8:295-297 完成期限2012.7.1—2012.7.11 指导教师 专业负责人 2012年7 月7 日
摘要 在一些工程实践中，我们不免对力进行测量，在众多测力传感器中，电阻式传感器以其体积小、灵敏度高、频率响应范围大等众多优点得到了广泛的应用。 本设计选用应变式电阻传感器。应变式电阻组成全桥差动电桥，当电阻受到力的作用时，电阻会发生形变导致阻值发生变化，从而使电桥失去平衡产生一个输出值，输出值经放大器放大后，经A/D转换送入单片机，然后由单片机分析处理显示。经过多次测试，证实该系统能长时间稳定工作，完全满足设计要求指标。 本设计能学以致用，充分了解电阻式触感器的应用原理，理论联系实际，能够加深对传感器的理解。 关键词：应变式电阻；放大器；单片机；A/D转换
《传感器原理及应用》讨论课报告书 电感式传感器的基本原理及典型应用 学院：机械工程学院 班级：13-1机械电子工程（卓越） 组员：李响夏中岩张轩赫 贡献率：李响资料查询，整理40% 夏中岩资料整理，编辑30% 张轩赫PPT设计编写30% 指导教师：边辉 完成日期：2016.05
目录 摘要............................................................................................................................... - 2 - 1 物料分拣系统简述................................................................................................... - 3 - 2 物料分拣系统中的传感器....................................................................................... - 3 - 2.1 电机起停控制传感器.................................................................................... - 3 - 2.1.1 漫反射光电接近开关......................................................................... - 3 - 2.1.2 电容式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.3 霍尔接近开关..................................................................................... - 4 - 2.1.4 电感式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.5传感器应用比较.................................................................................. - 4 - 2.2 物料计数用传感器........................................................................................ - 5 - 2.2.1 对射型红外光电开关......................................................................... - 5 - 2.2.2 电涡流式传感器................................................................................. - 5 - 2.2.3 霍尔传感器......................................................................................... - 6 - 2.3 测速及定位传感器........................................................................................ - 6 - 2.3.1 光电耦合器，码盘............................................................................. - 7 - 2.3.2 增量编码器......................................................................................... - 7 - 2.3.3 传感器功能对比................................................................................. - 7 - 2.4 物料分类传感器............................................................................................ - 7 - 2.4.1色标传感器.......................................................................................... - 8 - 2.5 固态继电器.................................................................................................... - 8 - 3 传感器前景展望....................................................................................................... - 9 - 3.1 传感器在科技发展中的重要性.................................................................... - 9 - 3.2 先进传感器的发展趋势................................................................................ - 9 - 4 反思与收获............................................................................................................... - 9 -参考文献..................................................................................................................... - 10 -