LVDT位移测量传感电路设计及非线性校正研究

摘要

作为精密的位移测量传感器,LVDT 具有无限的机械寿命、无限的分辨率、宽泛的环境适应能力等优点，在工业生产、医疗卫生、教学科研、国防军事等领域得到了广泛的应用，有着不可替代的地位，因此LVDT 位移传感器的研究价值非常大。 本文对LVDT 位移传感器的相关基础理论进行了阐明，并对其等效电路进行了推导和分析。设计了基于AD9833 的频率可调的正弦波发生电路，为LVDT 提供正弦波激励信号，并为相敏检波电路提供参考信号。LVDT 输出的信号经由前置信号处理电路对信号中夹杂的噪声进行滤波处理。根据锁定放大原理进行设计的调制解调电路，为LVDT 位移传感器的输出信号提供调制解调，将交流正弦信号转化为直流电压信号。以直流电压的形式通过数字万用表进行显示。对其输出的非线性部份，通过BP 神经网络对其校正，并利用人工蜂群算法针对神经网络进行优化。 此次硬件电路的设计、搭建及调试是通过Multisim 12 仿真平台完成的，利用仿真平台先对系统电路进行仿真调试，避免了反复制作电路板调试，这样既满足了设计要求，又大大的降低了产品的设计研发周期与成本。仿真调试完成后，电路利用PADS 软件绘制PCB 电路板，完成测量系统电路PCB 电路板元器件的焊接，并通过实验进行验证。非线性校正部分则利用MATLAB 软件进行仿真验证。 最后，搭建完成位移测量系统，进行实验，将实验收集的数据进行分析，LVDT位移测量系统的误差在为0.04mm 左右。同时，LVDT 的输入输出关系部分成线性关系，在零点附近及量程末端出现非线性化，利用BP 神经网络和人工蜂群算法优化的BP 神经网络对非线性部分进行校正，从而达到了延长了测量系统的量程的目的。

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摘要

ABSTRACT

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第1章 绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.2.3国内外研究现状对比分析

1.3论文的组织结构

第2章LVDT位移传感器理论基础

2.1 LVDT位移传感器结构

2.2 LVDT传感器分类

2.2.1 交流LVDT

2.2.2 直流LVDT

2.2.3 回弹式LVDT

2.3 LVDT等效电路分析

2.4 传感器基本特性

2.4.1 静态特性指标

2.4.2 传感器的动态特性

2.5 传感器的磁场分析

2.6锁定放大原理

2.6.1 概述

2.6.2 正交矢量锁定放大器

2.7 Multisim仿真平台

2.8 本章小结

第3章 测量系统硬件电路设计与仿真

3.1 激励信号发生电路设计

3.1.1 硬件电路设计

3.1.2 软件设计及实现

3.1.3 实验分析

3.2 50Hz陷波电路设计

3.3 带通滤波器电路设计

3.3.1 硬件电路设计

3.3.2 仿真测试

3.4基于AD 630的相敏检波电路

3.4.1 相敏检测器

3.4.2仿真测试

3.5 低通滤波电路

3.6矢量运算与直流放大电路

3.6.1 矢量运算电路设计

3.6.2 直流放大电路

3.7 本章小结

第4章硬件电路搭建与实验

4.1 信号处理电路PCB板制作

4.2 单片机开发平台

4.3 实验结果及分析

第5章 LVDT传感器的非线性校正

5.1 神经网络

5.2 BP神经网络

5.2.1 BP神经网络的结构

5.2.2网络的学习算法

5.3设计BP网络的方法

5.4 BP神经网络Matlab 仿真

5.4.1 MATLAB仿真实现

5.4.2 仿真结果分析

5.5 人工蜂群算法优化的BP神经网络

5.5.1 人工蜂群算法

5.5.2 ABC-BP神经网络

5.5.3 实验仿真

5.6本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致 谢

附录A

附录B

附录C