[实用新型]数字位移传感器测量仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数字位移传感器测量仪，属于物理学、力学、电磁学、传感器等相关课程的实验仪器技术领域。

背景技术

位移传感器又称为线性传感器，位移传感器主要是测量物体运动过程中与移动有关的量，位移传感器是一种属于金属感应的线性器件，它所涉及的范围相当广泛，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量，按测量原理分为电感式位移传感器，电容式位移传感器，光电式位移传感器等类型，传感器在转换过程中将位移转换为电量。位移传感器发展迅速，广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及各种自动化生产线等国民经济各行各业，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。

位移传感器在实验上的应用还很少，本测量仪使用了差动变压器式和磁致伸缩式两种位移传感器，本测量仪通过使用两种位移传感器对液面变化距离的测量和对金属弯曲度变化的测量，使学生能很好的理解和掌握位移传感器原理以及其应用。

差动变压器式传感器( LVDT )具有结构简单使用方便、使用寿命长等特点, 可直接用于测量物体间的相对位置变化, 物体的长度变化。它不但可测静态位移也可测量动态位移, LV DT 最基本的结构是由在圆柱形骨架上绕有的螺旋形的原边和两个付边绕组所组成的线圈及一个可动铁芯构成。铁芯在运动的时候与线圈不接触，无摩擦损耗，所以传感器使用时间可达30万小时，同时具有多样的环境适应性，响应速度快，高线性度，高分辨率，低噪声，低故障等特点。

磁致伸缩位移传感器，是通过内部非接触式的技术方式精确地检测活动磁环的绝对位置来测量被检测物体的实际位移值的。由于作为确定位置的活动磁环和敏感元件并无直接接触，因此传感器可应用在极恶劣的工业环境中，不易受油渍、溶液、尘埃或其它污染的影响，可以大大地提高检测的可靠性和使用寿命。同时传感器具有高精度和高可靠性，输出信号为绝对位移值。 

随教学的发展，高校的实验教学不仅要求实验设备能够提供原理性的实验项目，同时也要求能进行进一步量化的创新性实验，培养学生创新的思维和动手能力，另一方面要求实验设备要贴近社会生产实践，为社会培养应用性人才和工程技术人员，而现有的传感器实验多数只能提供原理性和演示性的传感器特性的实验项目，且多是光电类传感器的实验项目，而位移测量类传感器实验项目却少见。

发明内容

本实用新型针对现有实验仪器所存在的缺点，提出一种结合了差动变压器式和磁致伸缩式两种位移传感器的数字位移传感器测量仪，并将位移传感器的测量结果经信号的解调和单片机处理，最后由五位数码显示输出测量的距离和电压。能满足高等院校等教学科研单位传感器实验的实验教学和演示的要求。

本数字位移传感器测量仪是由数字位移传感器测量仪主机和外部的液位测量实验架、金属弯曲度测量实验架组成，数字位移传感器测量仪主机上设置有五位数显的电压表和五位数显的距离表、两个传感器信号输入端口、调节旋钮、电源开关和功能选择开关，主机内部具有传感器信号解调和单片机处理电路。

数字位移传感器测量仪主机内部的传感器信号解调和单片机处理电路采用的解调芯片是AD698，所采用的单片机处理芯片为P89LPC936。

本测量仪的金属弯曲度测量实验架中安装有差动变压器式位移传感器和金属可弯曲薄条，同时测量仪所采用的解调芯片是美国Analog Devices 公司生产AD698 ，它通过与差动变压器式传感器的配合, 能够高精确地将位移传感器的机械位移转换成直流电压。AD698具有所有必需的电路功能, 通过少量的元件来确定激磁频率和增益, 就能准确地把位移传感器的次级输出信号按比例地转换成直流信号，将位移传感器的模拟信号转换成数字信号。

本测量仪所用的单片机是飞利蒲公司生产的P89LPC936。该单片机主要具有低功耗、宽电压的特点，内带16K字节可重复擦写10万次的FLASH，256字节的RAM。单片机指令与8051系列机兼容，功能丰富，最多可有23个I/O口，并可通过串口进行编程和开发。

本测量仪的液位测量实验架上安装有磁致伸缩位移传感器和透明圆筒，磁致伸缩位移传感器具有精度高、重复性好、稳定可靠、非接触式测量、环境适应性强等特点。它的输出信号是一个绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，具有高可靠性，与其它液位变送器或液位计相比有明显的优势，广泛应用于化工、食品、饮料等行业，可对各种液罐的液位进行计量和控制。作为位移传感器，它不但可以测量运动物体的直线位移，而且还可同时给出运动物体的速度模拟信号。