高精度角度传感器的设计+文献综述(7)
时间:2017-03-02 21:26 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
3.4.2 绝缘体部分材料的选择 电容式传感器有一个重要特点，即电容量一般都很小，仅几十皮法，甚至只有几皮法，大的（如液位传感器）也仅几百皮法。如果电源频率较低，则电容式传感器本身的容抗就可高达几兆欧至几百兆欧。由于它具有这样高的内阻抗，所以绝缘问题显得十分突出。在一般电器设备中绝缘电阻有几兆欧就足够了，但对于电容式传感器来说却不能看作是绝缘。这就对绝缘零件的绝缘电阻提出了更高的要求。因此，一般绝缘电阻将被看作是对电容式传感器的一个旁路，称为漏电阻。考虑绝缘电阻的旁路作用，电容式传感器的等效电路如图3-4所示。漏电阻将与传感器电容构成一复阻抗而加入到测量线路中去影响输出。更严重的是当绝缘材料的性能不够好时，绝缘电阻会随着环境温度和湿度而变化，致使电容式传感器的输出产生缓慢的零位漂移。因此对所选绝缘材料，不仅要求其具有低的膨胀系数和几何尺寸的长期稳定性，还具有高的绝缘电阻、低的吸潮性和高的表面电阻，故宜选用玻璃、石英、陶瓷和尼龙等材料，而不用夹布胶木等一般电绝缘材料。为防止水汽进入使绝缘电阻降低，可将表壳密封。 因此，再综合考虑材料的加工问题和成本问题，本文选用陶瓷作为绝缘材料。 3.4.3 介质的选择 温度变化还能引起电容极板间介电常数的变化，使传感器电容改变，带来温度误差。然而温度对介电常数的影响随介质不同而不同。对于空气或云母为介质的传感器来说，这项误差很小，一般不需考虑。 因此，再鉴于对加工和制作成本的考虑，本文即选用最简单的空气作为介质，且不易受到强磁场干扰，稳定性好。 3.5 传感器的封装 鉴于火炮发射现场会导致温度骤然升高，且火炮发射冲击力很强，所以本文应尽量选择高抗压且隔热效果好的材料对传感器进行封装，本文最终选择氧化铝陶瓷材料对传感器进行封装。 3.6 角度测试系统组成 火炮炮塔倾角测试系统由电容式角度传感器，信号调理电路，A/D转换器（AD7705），单片机（AT89S51），MAX7219数码管显示驱动，LED显示器等组成。电容式角度传感器 是把角度转换成电容的器件，角度传感器输出电容的大小随角度的变化而变化；信号调理电路的主要功能是把微弱的电容信号经过差动脉宽调制电路转换成电压信号，再用加法器施加一固定的直流电压，设定角度基准点（角度为0°的位置）为原先角度为90°的位置，实现测量范围为±90°的功能。A/D转换器把信号调理电路输出的模拟电压信号转换成对应的数字信号。单片机AT89S51是角度传感器的核心部分，一方面控制A/D转换器实现模拟信号到数字信号的转换，另一方面将采集到角度的数字信号，经过计算处理，得到相应的角度值的BCD码，再由MAX7219译码，驱动LED数码管显示器以数字形式显示测量的角度。如图3-5所示。 3.7 本章小结 本章旨在讲述该角度传感器的总体设计。首先重点介绍了该高精度角度传感器的结构设计，并叙述了其工作原理；接着又补充叙述了该角度传感器的尺寸设计、材料选择以及封装问题；最后提出本文角度传感器测量系统的组成，引出下文具体介绍。 4 硬件设计 4.1 高精度角度传感器信号调理电路设计 4.1.1 电容-电压转换电路的设计 电容传感器所产生的电容量很微小（几皮法到几十皮法），这样小的电容量不便于直接传输、记录和显示，因此，必须借助于某些检测电路，检测出这一微小电容变化量，并将其转换成电压、电流或频率，以便进行显示记录，或经A/D变换后送入计算机进行非线性补偿和数据处理。常用的测量电路种类很多，有电桥电路、运算放大器测量电路、调频电路、二极管环形检波电路、脉宽调制电路等[12]。 (责任编辑：qin) |