位移测量装置的设计与实现

2011-10-17 09:12:39来源: 互联网
l 设计要求
1.1 任务
    设计并制作一台位移测量装置,其原理示意图如图1所示(虚线框内部分可以用硬件实现,也可以用软件实现)。

1.2 要求
    (1)制作正弦信号激励电路,技术指标如下:
    ①频率:100kHz;
    ②驱动线性可变差动变压器时输出波形无明显失真。
    (2)设计、制作差动信号测量电路,包括线性可变差动变压器,放大、整流、滤波等电路,数据处理和显示等单元。在图1中的A、B两点分别输出直流电压信号VA、VB。
    (3)用模拟或数字方法计算根据d值计算、显示实际位移量。
    (4)测量的位移范围为一20mm~+20mm,测量误差的绝对值不大于2mm。
    (5)设计一个闭环控制电路,要求用直流电机驱动磁棒移动,控制磁棒达到设定位移,位移误差的绝对值不大于2mm。


2 方案论证
    根据题目要求和本系统的设计思想,系统主要包括激励信号模块,机械传动模块,信号处理模块,显示模块和键盘模块,系统总体框图如图2所示。

    方案一:激励信号模块采用高精度,高频率,低输出电阻,驱动能力强的函数发生器芯片MAX038产生一个固定的100kHz频率;机械传动模块采用直条齿轮来驱动磁棒移动,首先要求电机齿轮与直条齿轮的齿相匹配,将直条齿轮与磁铁连接,通过电机的圆形齿轮来带动直条齿轮左右移动,也即是带动磁棒在套简内左右移动;信号处理模块首先通过OP37对差动变压器副边的信号进行放大,在经过半波整流、电子滤波,得到稳定的直流电压,在送入单片机内部的AD转换器进行处理,通过AD转换后A、B两点的电压就可算出d的值,从而得到位移与d的关系式,在通过数码管显示,同时可以通过键盘设定允许范围内的任意值,并准确运行到指定的地点。
    方案二:激励信号模块采用DDS芯片AD9851,该芯片性能稳定,工作可靠,能产生100kHz稳定的频率;机械传动模块采用直流电机控制螺栓实现铁淦氧磁棒精确定位,电机每转动一圈,能产生一个固定的位移量,而且通过单片机控制可以让直流电机转动相应的圈数,以便达到设计要求;信号处理模块首先通过TI公司的仪表放大器INAll8实现小信号的放大,在经过半波整流、电子滤波,得到稳定的直流电压,在通过16位8通道AD转换器ADS8344进行处理,通过AD转换后A、B两点的电压就可算出d的值,从而得到位移与d的关系式,在通过液晶进行显示,同时可以通过键盘设定允许范围内的任意值,并准确运行到指定的地点。综合以上两种方案,我们采用方案二。


3 软硬件设计
3.1 硬件设计
    本系统主要由DDS模块、宽带低失真全差分放大模块,线性可变差动变压器的能量耦合模块、放大整流滤波模块以及4×4键盘和128×64LCD模块构成的人机界面组成。系统结构框图如图3所示:

    (1)激励电路模块
    激励电路部分通过单片机给AD985l送控制字经低通滤波器滤除谐波分量及杂散信号后得到较纯的100kHz正弦波信号。产生的信号通过差分电路形成激励信号,采用THS4503来实现。

[1] [2]

关键字:位移  测量  单片机  磁棒  全差分放大器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1017/article_3724.html
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