（优秀毕业全套设计）摩檫式提升机钢丝绳张力检测系统设计（整套下载）

传感器般由敏感元件转换元件和转换电路三部分组成。

敏感元件敏感元件是直接感受被测量量，并输出与被测量量成确定关系的物理量的元件。

转换元件敏感元件的输出就是转换元件的输入，转换元件不输入转换成电路参数。

转换电路将转换元件所输出的电路参数接入转换电路，便可以转换成电量输出。

实际上，并非所有的传感器都有这些部分组成。

有些部分简单，有些则较为复杂。

在目前，各式各样的传感器已经被广泛的使用到各个领域。

传感器由于种类繁多，分类方法也多种多样，按照传感器的工作机理，可将它分为物理型化学型生物型等按照构成原理，可分为结构型和物性型两大类按照传感器的能量转换情况，可分为能量控制型传感器和能量转换型传感器按照物理原理分类，可分为电参量式传感器包括电阻式电感式电容式等磁电式传感器压电式传感器光电式等按照传感器的使用分类，可分为位移传感器压力传感器振动传感器温度传感器等。

应变式传感器简介电阻应变式传感器由于具有结构简单体积小使用方便性能稳定可靠灵敏度高动态响应快适合静态及动态测量测量精度高等诸多优点，因此是目前应用最为广泛的传感器之。

电阻应变式传感器有弹性元件和电阻应变片构成。

当弹性元件感受被测量物理量的时候，其表面产生应变，粘贴在弹性元件表面的应变片的电阻值将随着弹性元件的应变而相应发生变化。

通过测量电阻应变片的电阻值的变化，可以用来测量位移加速度力力矩压力等参数。

应变片的选择金属电阻应变片的工作原理电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应。

金属丝的电阻随着它所受到的机械变形拉伸或压缩的大小而发生相应的变化的现象称为金属的电阻应变效应。

设根金属电阻丝，其电阻值设为，电阻率为，截面积为，长为，则电阻值的表达式为当电阻丝受到拉力作用时将沿轴线伸长，伸长量设为，横截面机相应减小，电阻率的变化设为，则电阻的相对变化量为对于半径为的圆柱体，。

又由材料力学可知，在弹性范围之内则可得式中，为导体的纵向应变，其数值般很小，常以微应变度量为电阻丝材料的泊松比，般金属的为压阻系数，与材质有关为应力值为材料的弹性模量。

表示由于几何尺寸变化而引起变化量，不同属性的导体，这两项所占的比例相差很大。

通常把单位应变所引起的电阻值相对变化称为电阻丝的灵敏系数，并用表示，则与金属材料和电阻丝形状有关。

显然，越大，单位纵向应变所引起的电阻值相对变化越大，说明应变片越灵敏。

大量实验证明，在电阻丝拉伸极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即为常数。

故此，上式可表示为对于金属电阻就应变片，材料电阻率随应变产生的变化很小，可以忽略不计，因此，由此可见，应变片电阻的相对变化与应变片纵向应变成正比，并且对于同种的电阻材料，是常数。

般用于制造电阻丝应变片的金属丝的灵敏度系数大多在之间。

应变片的选择在实际运用中，在选择应变片的时候，要考虑应变片的性能参数，主要有应变片的电阻值灵敏度允许的电流和应变极限等，而金属电阻应变片的电阻值已经趋于标准化，主要规格有好几种，阻值有等，使用最为广泛的为。

因此在本系统的设计中选用型电阻应变片，其电阻值栅长材料为康铜。

应变片的灵敏度系数将电阻应变丝做成电阻应变片后，其电阻应变特性与金属单丝时是不样的，因此必须通过实验重新测定。

经过大量的实验证明，与的关系在很大范围内仍然有很好的线性关系，即式中，为电阻应变片的灵敏度系数。

实验证明，应变片的灵敏度系数恒小于电阻丝的灵敏度系数，其原因主要在于在应变片中存在着所谓的横向效应。

选择康铜材料的金属丝应变片，则其灵敏度系数。

有关应变片的温度补偿应变片由于温度变化所引起的电阻的变化与试件弹性元件应变所造成的电阻的变化几乎具有相同的数量级，如果不采取必要的措施，测量的精度将无法得到保证。

温度补偿的方法很多。

主要有电桥补偿法和自动补偿法。

在该测量系统当中，我们采用应变片的自动补偿的方法。

应变片的自动补偿运用的是粘贴在被测部位上的是种特殊的应变片，当温度变化时，产生的附加应变为零或相互抵消，这种应变片被称为温度自补偿应变片。

在设计和制作本传感器的时候。

我们采取在弹性元件变形量最大部位上下对称贴片的方式，并且采用全桥式测量电路，也就是说，我们在制作本传感器的过程中，采取的是温度自动补偿的方式，而不需要再加其他的温度补偿电路。

电阻应变片的测量电桥电路应变片可以将应变转换成为电阻的变化，为了显示记录应变的大小，还要把电阻的变化再转化为电压的变化，因此，需要有专门的测量电路，我们通常采用直流电桥或者是交流电桥。

下面简单介绍下有关电桥电路的工作原理如图所示，电桥的各臂的电阻分别为他们可以全部或部分是应变片。

则电桥的输出电压为当时，电桥处于平衡状态，输出电压。

若电桥的各臂均有相应的电阻增量，则由式得图直流电桥的电路图电阻应变片在弹性元件上的布置图在实际所使用的电桥中，往往采用等臂电桥，即。

此时，式可写为当时，略去上面的高阶微量利用式，式可写为上式表明时，桥路的输出电压与应变成线性关系。

若相邻两桥臂的应变极性致，即同为拉应变或压应变时，输出电压为两者之差若相邻两桥臂的应变极性不同时，则输出电压为两者之和。

电桥的供电电压越高，输出电压就越大。

增大电阻的应变片的灵敏度系数，可以提高电桥的输出电压。

由于全桥电路具有电桥灵敏度高，并且采用全桥差动电路还可以减小或消除非线性误差。

所以我们在设计制作本系统时采用全桥电路。

将变形量带入第章钢丝绳张力检测处理系统的硬件设计.引言钢丝绳检测系统通过检测装置所检测的信号最终要通过信号处理装置进行处理。

在这系统当中，我们首先将传感器所得到的信号进行放大，然后又考虑到在检测信号的过程中所引入的噪声信号，因此又将其通过二阶低通滤波器进行滤波，然后才进行模数转换，并将转换后的数字信号传送到以为核心的单片机中进行处理，再通过显示器显示出各根钢丝绳的张力。

图检测系统简图.传感器信号的前置放大在数据采集系统中，被检测的信号经过传感器变换后，往往是很微弱的毫伏级的电压信号如本系统中的压力传感器所输出的电压信号就是这样，因此我们必须利用放大电路将这个微弱的电压信号放大至到，这样才能由单片机对其进行转换。

由于通用的运算放大器般都具有毫伏级的失调电压和每度数微伏的温漂，因此不能直接用于放大微弱信号。

为了解决微弱信号的放大问题，我们采用了仪表放大器。

仪表放大器是种带有精密差动电压增益的器件，由于它具有高输入阻抗低输出阻抗强抗共模干扰能力低温漂低失调电压和高稳定增益等特点，使其在检测微弱信号的系统中被广泛地用作前置放大器。

仪表放大器的电路原理图如图所示。

仪表放大器由三个运放构成，并分为两级第级是两个同相放大器，第二级是普通的差动放大器，把双端输入变为对地的单端输出。

仪表放大器的增益可用下列公式确定图仪表放大器原理电路所以为提高共模抑制比和降低温漂影响，仪表放大器采用对称结构，即取，根据以上各式，从式中可以看出，通过调节外接电阻的大小可以很方便地改变仪表放大器的增益。

图的封装图本系统采用仪表放大器来放大传感器所输出的信号。

是根据典型的三运算放大器改进而成的种单片仪表放大器，适用于精密的数据采集系统，例如传感器接口。

它具有低价格高精度低噪声低输入偏置电压低功耗的优点。

图是的芯片封装图。

相对参考端电压产生单端输出，所以只要使的参考端接地，传感器承受的压力和的输出电压就成线性关系，可以方便地进行压力检测。

内部增益电阻和设置为.千欧姆，可以通过只外接电阻精确地调节之间的任何增益。

在本系统中，考虑到后面还有二阶滤波电路，还可以将信号再放大两倍，所以在放大电路中只需将信号放大倍，就可以满足转换的要求。

根据公式可以计算出.滤波电路设计与分析该测试系统所加是直流电压理想状态下所输出的信号是没有频率的，但在实际中由于压轮随着提升机上滚筒的转速运动会产生震动，振动频率与滚筒转速有关大约是，电磁干扰频率约为。

在实际工业现场有着各种各样的干扰，对采集的信号有定的影响。

由于外部干扰的影响，被测电压或电流的信号上会叠加上干扰信号，通常把这种信号称为噪声。

噪声对被测信号存在严重的干扰，当被测信号很微弱时，就会被干扰信号“淹没”掉，导致很大的数据采集误差。

为了能精确地采集数据，需要消除和抑制系统中的噪声。

在本系统中，主要是抑制传感器信号输入通道的噪声。

由元件和运算放大器组成的滤波器称为有源滤波器，其功能是只让定频率范围内的信号通过，抑制或衰减频率以外的信号。

因受运算放大器带宽的限制，这类滤波器仅适用于低频范围。

根据频率范围的不同，可分为低通高通带通和带阻种滤波器。

本系统中设计的滤波器是二阶有源低通滤波器，电路原理图如图所示。

运放为同相输入，输入阻抗很高，输出阻抗很低，滤波器相当于个电压源。

其优点是电路性能稳定增益容易调节。

根据该滤波电路的电压电流和开环增益，我们可以得到传递函数的表达式图二阶有源低通滤波器如上图所示为个简单的二阶有源低通滤波器，下面分析我仍然用拉氏变换的方法来分析其低通滤波特性利用放大器的虚短和虚短特性来分析电路即从电流上看，放大器的输入和输出端为断路特性从电压上看，放大器的输入和输出端为短路特性可以对点列出节点电流方程式即利用虚断特性，可知为在上的分压，可列出方程同时，利用虚短特性来看，又可知为在上的分压，可列出方程将方程联合成方程组，可以得出传输函数条件截至频率，放大倍数以下是二阶滤波电路的设计条件和步骤．根据滤波器特点设定，由根据表格选择可得。

由式得，.．当时，由式得，通过查设计参数表可以得出.。

并可以画出其幅频特性曲线，可以看出其幅频特性曲线是比阶低通滤波器的幅频特性曲线更陡的曲线，即其低通滤波特性更好.转换电路的设计信号经过滤波后仍然是模拟量无法显示，只有将模拟量转化为数字量才能将信号进步进行处理显示，转换器的作用就是将模拟量转化为数字量，以便于信号的进步处理。

转换器的基本原理与分类根据转换器的原理可将转换器分成两类。

类是直接型转换器，另类是间接型转换器。

在直接型转换器中，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量在间接转换器中，首先要把输入的模拟电压转换成种中间变量，然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。

尽管转换器的种类繁多，但目前应用广泛的主要有三种类型逐次逼近式转换器双积分式转换器和变换式转换器。

有前文的传感器和系统的设计需求可知，可测的最大钢丝绳张力为，可精确到.，则其精确度为.，由于的精确度可以达到.，且为多通道输入，所以根据系统的精度可以知道，选择的八位转换器就可以满足设计的需要。

八位逐次逼近式的转换器是种单片器件，包括位的模数转换