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调幅式电感传感器精密测量系统研制

作　者: 郑小平
导　师: 赵维谦
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 电感传感器精密测量系统数字相敏检波直接数字频率合成技术 FPGA
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 378次
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内容摘要

本文主要研究调幅式电感位移传感器精密测量系统中涉及的高精度载波信号发生技术、高精度数字相敏检波技术、数字滤波及线性拟和等关键技术,目的是进一步改善调幅式电感位移传感器精密测量系统的测量精度,适应纳米级测量的要求。本文研究了电感位移传感器的结构、测量机理以及其整个测量系统的系统架构,并通过试验认真分析了传统的电感位移传感器精密测量电路的优缺点,结合本课题的研究需要和技术要求,对传统电感位移传感器测量系统稳定不高,线性测量范围小等不足之处进行了改进。研制了以DSP为控制核心的调幅式电感位移传感器精密测量系统,并对其进行实验验证。本文所作的具体研究工作如下:首先,从电磁兼容角度分析了整个测量系统的干扰,并对主要干扰因素如电磁干扰、电源扰动等进行了详细的分析,提出避免或减弱系统干扰的措施,为系统进行优化设计奠定理论基础;其次,在分析直接数字频率合成技术(DDS)的原理、结构及优化方法的基础上,本文设计了基于FPGA的低功耗、高稳定性的正弦信号发生电路,为电感位移传感器提供激励信号;再次,针对传统的数字相敏检波电路的不足,本文提出了一种改进的数字相敏检波方法,设计出电路结构灵活、检波精度高的改进型数字相敏检波电路;最后,研制了以DSP为核心的调幅式电感位移传感器精密测量电路,并研制了系统与PC机的USB总线接口以及完成数字滤波、数据拟和、自校准等数据处理软件的编制,并对整个系统进行测试,实验证明系统各项性能指标基本上达到了设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题的研究现状  10-16
    1.2.1 纳米测量技术发展现状  10-11
    1.2.2 高精密电感传感器发展现状  11-14
    1.2.3 直接数字频率合成技术发展现状  14-16
  1.3 电感传感器精密测量系统中存在的若干关键技术  16
  1.4 本课题的主要研究内容  16-18
第2章影响电感传感器精密测量系统精度的因素  18-33
  2.1 引言  18
  2.2 电感传感器基本原理  18-20
  2.3 影响电感传感器测量系统精度的主要因素  20-32
    2.3.1 传感器自身结构与工艺水平造成的误差  20-22
    2.3.2 正弦载波信号的品质对系统精度的影响  22-25
    2.3.3 影响相敏检波电路精度的因素  25-30
    2.3.4 测量系统主要干扰因素分析  30-32
  2.4 本章小结  32-33
第3章电感传感器精密测量系统硬件设计  33-58
  3.1 引言  33
  3.2 测量系统概述  33-34
  3.3 测量系统电路硬件设计  34-54
    3.3.1 系统的抗干扰设计  34-38
    3.3.2 基于FPGA 的载波信号发生电路  38-39
    3.3.3 高精度模拟信号处理电路设计  39-43
    3.3.4 数字相敏检波电路设计  43-47
    3.3.5 DSP 数字采集电路设计  47-50
    3.3.6 系统通讯接口电路设计  50-54
  3.4 系统的数字滤波设计及系统软件流程  54-57
    3.4.1 数字滤波设计  54-55
    3.4.2 线性拟合与自动校准  55-56
    3.4.3 系统总体软件设计流程  56-57
  3.5 本章小结  57-58
第4章实验及误差分析  58-65
  4.1 引言  58
  4.2 测量系统稳定性实验  58-60
    4.2.1 ADC 精度实验  58-59
    4.2.2 系统稳定性实验  59-60
  4.3 系统参数性能测试  60-63
    4.3.1 系统量程设置测试  60-61
    4.3.2 系统灵敏度实验  61-63
    4.3.3 系统线性度实验  63
  4.4 误差分析  63-64
  4.5 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明  70
哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书  70
哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理  70-71
致谢  71

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