LVDT信号调理电路设计及神经网络标定研究

摘要

位移传感器主要包括电感式、电容式、霍尔式、电涡流式、电位计式等模拟式结构型传感器。其中电感式传感器是利用电磁感应原理将测得的物理量如位移、流量、压力等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再通过信号调理电路转换成电压或电流的变化量，实现非电量到电量的转换。广泛应用于航空航天、建筑、机械、铁路、煤炭、纺织、化工等国民经济各行各业，用来测量物体的伸长度、振动频率、厚薄等精确数据。因此，对LVDT及其性能研究具有非常重要的意义。
　　本文以普通型交流非标准线性输出回弹式LVDT为研究对象，研制了一套LVDT信号调理电路系统。以AD698为激励源驱动LVDT，然后利用信号调理电路系统将LVDT输出交流信号处理成直流电压信号，通过单片机和OLED将电压值显示出来。最后利用RBF神经网络算法作为LVDT标定算法，确定传感器输出量与输入量之间的关系。
　　信号调理电路系统的核心是双相正交锁定放大器。利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建双相正交锁定放大器原理仿真模型，对其原理进行仿真分析。然后利用Tina软件搭建双相正交锁定放大器电路模型，对其进行电路仿真分析，通过反复修改电路，提高电路处理信号的性能。然后，利用Altium Designer软件绘制系统电路板，用于系统实验。
　　最后，通过对实验数据的收集、处理和分析，LVDT的输出基本呈线性关系，LVDT标定的仿真实验误差在允许范围内。以上说明，LVDT的信号调理电路系统和标定算法设计合理，可以实现对LVDT输出信号进行处理和标定。

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摘要

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第1章 绪论

1．1 位移传感器研究意义

1．2 LVDT研究现状与分析

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 文本主要研究工作和内容

第2章 LVDT设计原理及特性

2．1 LVDT工作原理

2．2 LVDT等效电路

2．3 LVDT静态特性

2．4 LVDT激励源

2．5 本章小结

第3章 LVDT信号调理电路原理及仿真分析

3．1 双相正交锁定放大器原理分析

3．1．1 锁定放大技术概述

3．1．2 双相锁定放大器工作原理

3．1．3 电子开关型相敏检测器

3．1．4 电子开关型相敏检测器的鉴相特性

3．2 MATLAB／simulink仿真分析

3．2．1 双相锁定放大器仿真模型

3．2．2 仿真结果分析

3．3 本章小结

第4章 信号调理电路系统硬件设计及实现

4．1 硬件电路设计

4．1．1 前端电路设计

4．1．2 带通滤波器

4．1．3 移相电路

4．1．4 相敏检波器

4．1．5 低通滤波器

4．1．6 放大电路

4．1．7 均方值处理电路

4．1．8 OLED显示屏

4．2 仿真数据分析

4．3 STM32开发实验平台

4．4 硬件电路PCB板绘制

4．5 系统软件设计

4．5．1 开发环境简介

4．5．2 系统总体程序设计

4．6 实验结果分析

4．7 本章小结

第5章 RBF神经网络标定算法

5．1 RBF神经网络

5．1．1 径向基函数

5．1．2 神经元模型

5．1．3 RBF神经网络结构

5．1．4 RBF学习算法

5．2 RBF神经网络和BP神经网络的比较

5．2．1 BP神经网络简介

5．2．2 RBF神经网络和BP神经网络的比较

5．3 MATLAB神经网络工具箱

5．4 本章小结

第6章 LVDT实验结果及标定

6．1 实验过程与结果分析

6．2 径向基神经网络的创建

6．3 传感器标定仿真分析

6．4 本章小结

总结

参考文献

在读期间发表的学术论文及取得的其他研究成果

致谢