能测量位移的差动电容式传感器仿真

      本次实验是对能测量位移的差动电容式传感器仿真，实验的仿真电路是由正弦激励电路、电桥电路、放大器电路、整流电路和滤波电路五个部分组成的。在电桥上施加正弦激励信号，当差动电容中间的动片处于平衡位置时，转换电桥的输出为0，当动片产生一定位移时，转换电桥失去平衡，输出一个电压值，此电压信号很微小，经放大、整流、滤波后提取出的直流分量与差动电容动片位移成正比关系。

三：电路设计及仿真结果分析

（1）

图2：电路原理图

图3：正弦激励信号原理图及输出波形

                  图4：传感器电桥部分原理图及输出波形

由上图仿真结果可知当传感器两个电容相等，即电桥平衡时，输出几乎为0。

          图5：电桥失衡时仿真结果

当电桥失衡时，测得电容值C₃= 40nF，C₄= 60nF时的波形，如上图所示

分别测量在C3 = 30nF，C4= 70nF、C3 = 20nF，C4= 80nF、C3 = 10nF，C4       = 90nF这四种情况下的输出，发现输出的电压是在mV。

   图6：放大电路原理图及输出波形

  将电桥输出的信号放大十倍后，如上图所示。

               图7：整流电路原理图及输出波形

                图8：滤波电路原理图及输出波形

由上图可知，经过这种滤波电路以后，交流分量显著减少，波形平缓。用电压表分别测出C3= 50nF，C4 = 50nF、C3= 40nF，C4 = 60nF、C3= 30nF，C4 = 70nF、C3= 20nF，C4 = 80nF、C3= 10nF，C4 = 90nF五种情况下的数据并记录。

表1：五种情况下的输出电压

（2）由统计的仿真结果可知，输出的电压与电容成线性关系，进而与位移成线性关系。结果中负号表示方向沿使C3两极板距离减小的方向运动。

四：结论

本次试验设计了一种差动电容式位移传感器,主要对差动电容式位移检测电路进行了仿真研究。其中检测电路设计主要包括正弦激励电路、电桥电路、放大电路、整流电路和滤波电路。最后利用Multisim软件对所设计的系统进行仿真,并分析了传感器性能。仿真研究表明,检测电路具有合理性,输出电压和位移有间接的线性关系，测量范围内具有很好的线性度。

最后

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