1、目錄第1章摘要 4第2根本原理 4第3章參數(shù)設計與運算 53.1 結(jié)構(gòu)設計 53.2 電容設計與計算 7第4章誤差分析9第5章結(jié)論9第6章心得體會9參考文獻 10第一章摘要在這個信息化高速開展的時代，傳感器作為一種最經(jīng)典的微控制器，傳 感器技術(shù)已經(jīng)普與到我們生活，工作，科研，各個領(lǐng)域，已經(jīng)成為一種比擬 成熟的技術(shù)，作為儀表專業(yè)的學生，我們學習了傳感器，就應該把它熟練應 用到生活之中來。本文將介紹一種基于傳感器控制的布料厚度測量裝置。電 容傳感器是電子技術(shù)中的三大類無源元件電阻，電容，電感之一，利用 電容器的原理，將非電量轉(zhuǎn)化為電容量，進而實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。本 次課程設計主要講解電容式傳感

2、器的使用中的一局部，通過變介電常數(shù)式電 容傳感器實現(xiàn)對布料厚度的測量。布料厚度測量是基于變介電常數(shù)電容傳感 器的一種精細測量，它可以實現(xiàn)簡單的厚度測量，根據(jù)電容電路的特性分析 可以知道所測布料的厚度。電容式傳感器不但廣泛應用于位移、振動、角度、 加速度等機械量的精細測量而且還逐步地擴大應用于壓力、差壓、液面、料 面、成分含量等方面的測量。根據(jù)rS可以把電容傳感器分為極距變化型電容傳感器、 面積變化型電容傳感器、 介質(zhì)變化型電容傳感器。根據(jù)實際不同的需求，可以利用不同的電路來實現(xiàn) 所需要的功能。介質(zhì)變化型電容傳感器可進展非接觸測量。布料厚度測量是 基于變介電常數(shù)電容傳感器的一種精細測量，它可以實

3、現(xiàn)簡單的厚度測量， 根據(jù)電容電路的特性分析可以知道所測布料的厚度。第二章根本原理傳感器是將能夠感受到的與規(guī)定的被測量按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸 出信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成，其中敏感元件是指傳 感器中能直接感受或響應被測量 輸入量的局部；轉(zhuǎn)換元件是指傳感器中能 將敏感元件感受的或響應的被探測量轉(zhuǎn)換成適于傳輸和測量的電信號的局部。 電容傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換成電容量變化的一種傳感器。實際上， 它本身或和被測物就是一個具有可變參數(shù)的電容器。在大多數(shù)場合，電容 器由兩平行極板以與中間的電介質(zhì)組成，當不考慮邊緣效應時，其電容量為C = 6"d式中，C:兩極板間的電

4、容F;0:真空介電常數(shù)，為8.854 X 10-12 F/m，空氣的介電常數(shù)與真空近似;r :極板之間介質(zhì)的相對介電常數(shù); s:極板的有效面積m2;d:兩極板間距公式為：oSa-d式中:S 測量電容的極板面積；a 測量電容的極板間距離；d 插入電容的測量棉布的厚度；-12 -10真空介電常數(shù)，0 10 Fm ；r棉布的相對介電常數(shù)；布料厚度測量是基于變介電常數(shù)電容傳感器的一種精細測量， 它可以實現(xiàn) 簡單的厚度測量，根據(jù)電容電路的特性分析可以知道所測布料的厚度。布料厚 度改變?nèi)绱薲變換，隨之電容變化，電壓變化。本次課設宗旨就是找到d變化與 電壓變化之間的關(guān)系。然后我們最后會用圖表的形式將這種關(guān)系

5、表現(xiàn)出來，第3章參數(shù)設計與運算3.1 結(jié)構(gòu)設計所需元件清單：1信號發(fā)生器1V交流電源，頻率100HZ2丨儀用放大器OPAM一個33.5PF電容一個5 丨數(shù)字萬用表一個0-10V6 丨開關(guān)一個7 丨布料：棉布含化纖表2.1-1各種布料介電常數(shù)測試數(shù)據(jù)表樣品烘干18Q C7621° C78«j20. 5° C83澧濕晾干布料尉a棉布（含化纖）1 892. 512.753.073 940.信號發(fā)生器：信號發(fā)生器是一種能提供各種頻率、波形和輸出電平電信 號，常用作測試的信號源或激勵源的設備。利用信號發(fā)生器可以后的測量電路所需要的100HZ 1V的電壓。運算放大器：可以對電

6、信號進展運算，一般具有高增益、高輸入阻抗和 低輸出阻抗的放大器。利用放大器可以對電信號進展放大電容式傳感器是以各種類型的電容器作為傳感元件，通過電容傳感元件,將被測物理量的變化轉(zhuǎn)換為物理量的變化。因此電容式傳感器的根本工作原 理可以用圖1-1所示的平板電容器來說明。當忽略邊緣效應時，平板電容器 的電容為電極板平板電容器1-1式中：S極板面積；極板間距離；o 真空介電常數(shù)，o 10-12Fm-1 ；r相對介電常數(shù)； 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。當極板面積S、極板間間距 保持不變，而插入相對介電常數(shù)為r的介質(zhì), 此時構(gòu)成的電容傳感器為變介電常數(shù)電容傳感器，保持介電常數(shù)不變而改變 介質(zhì)的厚度，如如下圖

7、所示。C 一oS 1-2a-d gr式中:S 測量電容的極板面積；a測量電容的極板間距離；d 插入電容的測量紙X的厚度；o 真空介電常數(shù)，o 10-12Fm-1 ；紙X的相對介電常數(shù);3.2 電容設計與計算自制電容參數(shù)：2極板面積9cm，極板間距近似a=8.85mm網(wǎng)上查詢資料得棉布的相對介電常數(shù)r=2.75，棉布厚度d=02mmd=0 時:當布料厚度改變C2的阻值來得到電壓的變化，_oS anUEC2C1 E r T a 0 >(-1)drC1” II 右I wJk -當布料厚度d=0.05時:EbPAMFT.BASICC2 -II 肝PF :oSa-d UC1 EC20SC1 E a

8、r1)d7?s1 Vrrrs j J1CO H2 tr.:4MP 3T PASICC2TIci運用同樣的算法可得到其余36組數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)如下表:市料Ji岌ace1110.15120-西0.30.3&0.40. 4&0. E巨吝擔窗)0.9OS3C. C6E0. 909宮n. 41310,9(1650.知舵0. 92320 52670. 93010T 9(336輸岀電玉也i.ee1JE541. 643L 2i,e361.63L62iL6181.6L21,606OlES0.60. &50.70. 7S0,80. 9S0,90. 951電昏蟲:i .-：sri0. 944L

9、0.44770.9513L 2Ol 95850 96330. 4BSa湖?1. E，l.E$41. BS2L 5S21.S761的1.迪1.5521,5461.061.11.15L. 21.251.31.35L 4L貯1.5屯容追kF)0.9735a S7F30. 951Loisas0*98890. $9281.000"1. 00481. DOSStfi ±；電玉 y)1.S41.5341.5261. SJ21. E16l.bl1. E041.481.4921.486神惑；mn)1.氐1.S:用L.T1.751.3i.as1.952電容誼：D門1.0123L0171.021

10、2L0Z531.0296L. 03381.03811.0424L04681 06L2輸岀電壓2L.1S1.474l a&8L 1521.456.451.1411.43S.4321.426將數(shù)據(jù)統(tǒng)計后得到如下d變化與u的關(guān)系:根據(jù)上面的表3-1 :,我們用Matlab繪制了厚度d與電壓u的關(guān)系圖線 如下：圖3-8厚度d與電壓u的仿真圖由表3-1與圖3-8可知布料厚度d與輸出電壓u呈線性關(guān)系由公式1.3-2和2.2-3丨得：d 圧 U (rCo Er - 13.2-1即：-2）知厚度d與輸出電壓d 13.907 - 8.3443Uu的理論值也為線性關(guān)系3.2-2第四章誤差分析誤差分析：由于

11、沒有進展實際電路操作，故沒有方法進展誤差分析 不過下面我們可以采用這些來消除誤差：1、消除和減少邊緣效應設計帶保護環(huán)的電容傳感器；2 、提高設計結(jié)構(gòu)的絕緣性能；3 、消除和減少寄生電容的影響 增加傳感器的原始電容值； 集成化； 運算放大器法； 采用“驅(qū)動電纜技術(shù)。第五章結(jié)論課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，經(jīng)過兩周的課程設 計，鍛煉了我運用課本根底理論根底與解決實際問題相結(jié)合的能力，鍛煉了我的動手操作能力，使我對課本的根底知識有了更深一步的了解，也使我熟悉了visio軟件和multisim軟件的使用，使我以后可以利用此軟件模擬課本自己不 懂的電路，為以后的學習打下了根底。第六章心得體會這次課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，經(jīng)過一周的課 程設計，它不僅是鞏固了之前所學的知識，加深了對學過的知識的印象，鍛 煉了我運用課本根底理論根底與解決實際問題相結(jié)合的能力，鍛煉了我的動 手操作能力，使我對課本的根底知識有了更深一步的了解，也使我熟悉了 Multisim 軟