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1、J I A N G S U U N I V E R S I T Y本本 科科 毕毕 业业 论论 文文脉宽调制型差动电容位移传感器的研究Study of Displacement Sensor Based on Pulse Width Modulated Differential Capacitors学院名称：学院名称： 机机 械械 工工 程程 学学 院院 专业班级：专业班级： 测控技术与仪器测控技术与仪器 0801 班班 学生姓名：学生姓名： 指导教师姓名：指导教师姓名： 指导教师职称：指导教师职称： 2012 年 06 月江苏大学 2012 级本科毕业论文1毕业设计 (论文 )任务书机 械
2、学院 测控 0801 班级 学生设计(论文)题目 脉宽调制型电容位移传感器研究 课题来源 自选 起讫日期 2012 年 03 月 15 日至 2012 年 06 月 7 日共 14 周指导教师(签名) 系(教研室)主任(签名) 江苏大学 2012 级本科毕业论文2课题依据:利用平行板差动电容，配以脉宽调制信号处理电路实现对微位移的检测。任务要求:1开题/专题综述报告（3000 字左右）2专业译文工作（10000 汉字左右）3调研报告（1000 字左右）4总体要求：（1）建立实验系统，搭建整个测试系统； （2）研制平行板电容器； （3）研制出传感器信号处理电路； （4）研制出一台微位移测试仪（量
3、程 12mm，分辨力微米） 。5毕业设计说明书/论文（20000 字）江苏大学 2012 级本科毕业论文3毕业设计(论文)进度计划:起 讫 日 期工 作 内 容备 注3.13.143.153.283.294.114.124.254.265.95.105.235.246.66.76.136.146.18明确任务，收集资料，外文翻译， 外出调研。 （2 周） 外文翻译，文献综述，提出总体方 案，提交开题报告，撰写调研报告。 （2 周） 外文翻译，进行理论研究。 （2 周） 总体结构设计。 （2 周） 硬件设计。 （2 周） 硬件调试， 。 （2 周） 系统调试、改进与完善（2 周）编写毕业设计说明
4、书（毕业论文） 。 （1 周） 资料总结、打印、归档，毕业设计 答辩（1 周）毕业实习备 注江苏大学 2012 级本科毕业论文I脉宽调制型差动位移传感器的研究专业班级：测控 0801 学生姓名：朱彤指导教师：鲍丙豪 职称：教授摘要 电容式传感器是将被测非电量的变化转换成电容量变化的一种传感器。结构简单、分辨率高、可非接触测量，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作。目前在位移、振动、角度、加速度、压力、压差、液面和成分含量测量等方面获得广泛应用。然而，电容式传感器将被测非电量变换为电容变化后，其信号十分微弱，不便于直接测量，所以为了测出被测非电量必须采用测量电路将其转换成电压、电流或频率信
5、号。本论文主要研究的内容是电容式位移传感器及其测量电路。设计中电容器由三片相同的金属板构成，三块板平行放置，连成差动结构，然后配以脉宽调制信号处理电路从而实现对微小位移的检测。这种电路无需相敏检波电路即可判定产生位移的板的运动位置，由于采用差动结构，整体电路具有线性度高、灵敏度高和温漂小的特点。设计时将系统分为两部分，即传感器制作部分和测量电路部分，通过分步测试调理，最后建立一个完整的实验系统，研制出一台微位移测试仪。当动极板与两固定极板的相对位置发生变化时，即产生相对位移时，电路的输出电压产生变化，电压变化与位移呈现线性关系。关键词：电容式传感器 差动结构 脉宽调制 微小位移 线性关系江苏大
6、学 2012 级本科毕业论文IIStudy of Displacement Sensor Based on Pulse Width Modulated Differential CapacitorsAbstract The capacitive sensor is a type of sensor which is used to convent the measured non electrical quantity to the changes of the capacity.It has many characteristics ,such as simple structure, hi
7、gh resolution.It can be used for non-contact measurement.Moreover,the capacitive sensor can also work under harsh conditions such as heat, radiation, and strong vibration.Now, it is widely used in the displacement, vibration, angle, acceleration, pressure, differential pressure, liquid level and com
8、ponent content measurement.However，after the capacitive sensors transform the measured non-electricity into the changes of the capacitance,the output signal is so weak that it can not be measured directly.So the measuring circuit is needed to change the measured non-electrical quantity into the volt
9、age, current or frequency signals.The contents of this thesis are the design of the capacitive displacement sensor and its measurement circuit.In this design,the capacitor consists of three metal plates which are placed parallel,so it is connected as a differential structure.And then using a pulse w
10、idth modulation signal processing circuit so that we can achieve the detection of small displacements.This circuit can judge the position of the board which causes the displacement without a phase sensitive detection circuit.Due to the differential structure, the overall circuit has the following ch
11、aracteristics ,high linearity, high sensitivity and small temperature drift .The system is divided into two parts.One is the production of the sensor.The other is the measuring circuit portion.By a step-by-step test,we build a complete experimental system and develop a micro-displacement testing ins
12、trument.When the relative position of the moving plate and the two fixed plates which is called relative displacement changes,the output voltage of the circuit changes.There is a linear relationship between the voltage and the displacement.Key words :Capacitive sensors Differential structure Pulse w
13、idth modulation Micro-displacement Linear relationship江苏大学 2012 级本科毕业论文III目 录第一章 绪论.- 1 -1.1 本课题研究背景 .- 1 -1.2 本课题研究目的和意义 .- 1 -1.3 研究现状 .- 2 -1.4 本课题的任务和内容 .- 3 -第二章 电容式传感器的相关理论及其设计.- 5 -2.1 电容式传感器工作原理 .- 5 -2.2 电容式传感器的类型 .- 6 -2.2.1 变极距型电容传感器 .- 6 -2.2.2 变面积型电容传感器 .- 6 -2.2.3 变介电常数型电容传感器 .- 7 -2.3 电容式传感器等效电路 .- 8 -2.4 电容式传感器的灵敏度和非线性 .- 9 -2.5 电容式传感器特点及发展方向 .- 10 -2.5.1 电容式传感器的优点 .- 10 -2.5.2 不足之处 .
