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1、检测理论及其应用课程设计报告单 位： 自动化学院 学生姓名： 万志超 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 0821301 学 号： 2013212294 指导老师： 李锐 成 绩： 设计时间：2015年 11月重庆邮电大学自动化学院制一、题目：应变式力传感器的设计及应用二、指导教师：李锐 （电话：13594078659）三、设计目标及技术要求用应变片来构成测力传感器在桥梁、建筑物、机械系统等结构工程领域有广泛的应用需求。根据某类检测对象（如振动隔离支座）的结构特点，分析其材料、结构特性和受力特点，选用合适的应变片型号，进行受力计算分析和测量信号分析后，设计应变式力传感器，能设计其测量电路并构成
2、测力系统，对测试的信号进行分析、评价。详细说明应变式力传感器的设计过程、测力系统的工作原理。四、给定仿真或实验条件电路仿真软件对测力电路进行仿真计算优化，能够在一定的外加载荷（如低频低振幅激励力）下测试该传感器的特性。五、具体设计过程要求1. 确定总体方案：根据设计目标及技术要求完成总体方案设计，包括材料选取、硬件选型及电路器件选型等。2.详细方案设计：根据所设计的总体方案，根据信号采集原理和硬件选型，设计合理的信号处理电路及软件。3.传感器的实验：力争完成在外加载荷（如低频低振幅激励力）下传感器的特性测试。六、仿真、实验结果分析要求等 基于实验测试结果，完成对所制作的传感器及设计的检测系统的
3、信号处理和综合评价。七、设计的心得体会要求心得体会部分应反映参与者在本次课程设计中的不同体会。目 录1、对设计对象进行概述-52、方案的选择-5 2.1方案的制定-62.2 方案的确定-73、材料的选择-10 3.1 弹性元件-10 3.1.1 弹性元件材料-10 3.1.2 弹性元件的参数计算-11 3.2 应变片的选择-11 3.2.1电阻应变片类型的选择-11 3.2.2应变片的材料-12 3.2.3应变片主要参数 -14 3.2.4应变片的原理-15 3.2.5应变片的确定 -164、单元电路设计与分析-17 4.2放大电路的确定-18 4.3 proteus电路图-205、仿真及电路
4、测试-22 5.1 proteus电路仿真测试图-22 5.2仿真结果分析-236、 误差来源分析-246.1电阻应变片的温度误差-24 6.2电阻应变片温度误差补偿方法-256.3电桥的非线性误差-267、心得体会-268、附件-278.1参考资料- 278.2电路keil程序- 27 8.3 A/ D转换芯片 ADC0832-31 1、对设计对象进行概述随着科学技术的迅猛发展，当今时代，传感器技术已形成为电子工业基础产品的一个独立门类，是信息社会的重要技术基础。传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受（或响应）与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的可输出信号的元器件或装置。
5、其中电阻应变式传感器是被广泛用于电子秤和各种新型机构的测力装置，其精度和范围度是根据需要来选定的。因此，应根据测量对象的要求，恰当地选择精度和范围度是至关重要的。但无论何种条件、场合使用的传感器，均要求其性能稳定，数据可靠，经久耐用。 本组的设计是一套传感器系统，大致分为四个模块：信号收集模块、测量模块、放大模块和显示模块，测量电路为单臂电桥电路，放大模块我们使用的是AD620差分放大器，显示模块是基于单片机的LED数码管输出。由USB接口为显示电路模块提供稳定的5v电压，由普通的5号电池为测量模块、放大模块提供电源信号。确定电桥电路确定材料外力（测试信号） 应 变片特性与 原理显示电路仿真与
6、电路分析放大（滤波）电路 设计总结误差分析2、方案的选择此次传感器课程设计选用压力应变式传感器，设计中只要把应变片贴在承受负载的弹性元件上，在外力作用下，电阻应变片产生应变，导致应变片的电阻值发生相应变化，通过应变片电阻大小的变化求得弹性元件的应变力大小，故可以通过选择不同的弹性元件和测量电路提出不同的测量方案。2.1 方案的制定根据弹性体的结构形式的不同可分为：轮辐式，梁式，环式，柱式等，在测拉力上主要是用到梁式式传感器，如图2-1所示。图中R1是电阻应变片，将其粘贴在橡皮的一端，另一端受到外力F的作用，橡皮各断面产生的盈利是相等的，表面上的应变也是相等的，与水平方向的贴片位置是无关的。外力
7、将导致橡皮发生形变,，该形变将传递给与之连的应变片，导致应变片产生相同的形变，从而使其电阻值发生变化。将该电阻应变片接入测量电桥，根据电桥输出电压的变化即可实现对外力的测量与评估。 R1 R1 F （a） （b） 图2-1 悬臂梁式力传感器 （a）俯视图 （b）正视图应变片将应变的变化通过公式转换成电阻相对变化R/R,需要采用特别设计的测量电路将电阻变化以电压形式输出，通常采用直流电桥，包括直流电桥电路、等臂半桥差动电路和全桥差动电路。如下图2-2所示 R1 R2 + RL UO R3 R4 - E c直流电桥图2-2电桥电路2.2 方案的确定实心长方体可以承受较大的负荷，在弹性范围内，则应力与应变成正比关系。 式中：F作用在弹性元件上的集中力； A实心长方体俯视面横截面积； 实心长方体的应力 E实心长方体的弹性模量 应变片轴向应变（1）直流电桥电路一般直流电桥的输出电压为 （2-1） 进行实验前，需要将电桥调零，电桥平衡的条件是,但在实际上，4个理论电阻值的电阻的实际值不一定完全相等，需要用滑动变阻器器进行电桥平衡调零。 电桥平衡时，即电桥无输出电压，则有 （2-2）即相邻两臂电阻的比值相等。 应变片在外力作用下，电桥不平衡的输出电压为 （2-3）
