论文总字数：31632字

摘 要

检测技术与自动控制技术、计算机技术、信息通信技术等一起组成了一门完整的信息技术学科。随着传感器技术和微处理器技术的飞速发展，检测技术已经广泛应用于建筑、电力、化工、冶金、生物以及机械制造等领域中，并对我国的经济发展和科技创新进步起到了不可或缺的作用。

本文通过各类传感器（应变传感器、电容式位移传感器、电涡流位移传感器、Pt100铂电阻温度传感器）实验，放大电路以及基于STM32F103RCT6系列微处理器的A/D转换、数字滤波、标度变换实验来实现四个完整的检测技术实验——基于应变传感器的重力检测技术实验、基于电容式传感器的位移检测技术实验、基于电涡流传感器的位移检测技术实验、基于Pt100铂电阻的温度检测技术实验。

具体步骤为首先通过四个传感器实验，测量出各类传感器的电信号输出，为整个实验的基础及核心工作，然后通过DXP软件制作一个带有可调电位器的放大电路的PCB板，然后对生产出的PCB板进行焊接及调试，使用此放大器对传感器的输出进行调节，使其满足输出电压维持在0-3.3V，最后通过检测技术范畴的A/D转换、数字滤波以及标度变换实验，通过合理的程序使电信号转换为数字量，并将整体实验结果直观的表示在显示屏上，以实现四个完整的检测技术实验。

关键字：检测技术，实验，传感器，放大电路，微处理器

Abstract

The detection technology constitute a complete information technology subject with the automatic control technology, the computer technology, the information communication technology and so on . As the rapid development of sensor technology and microprocessor technology , detection technology has been widely used in construction, electric power, chemical industry, metallurgy, biology, and machinery manufacturing and other fields. Detection technology is playing an indispensable role in Chinese economic development and progress of science and technology innovation.

Through all kinds of sensors (strain sensor, capacitive displacement sensor, electric eddy current displacement sensor, PT100 platinum resistance temperature sensor), amplifying circuit and A/D conversion, digital filter, scaling transformation based on STM32F103RCT6 microprocessor to achievefour complete detection technology experiments——Gravity detection experiment based on strain sensor、Experiment of displacement detection technology based on capacitive sensor、Displacement detection technology experiment based on eddy current sensor and Temperature detection technology experiment based on Pt100 platinum resistance.

The specific steps of the experiment is ,firstly, measuring the output of the signal of all kinds of sensors by four sensor experiment , which is the basis of the experiment. Then, a PCB board with adjustable potentiometer is fabricated by DXP software. Welding and debugging the PCB board. The output of the sensor is adjusted by using this amplifier, which is maintained at the output voltage of 0-3.3V. Finally, Converting electrical signals to digital quantities by A/D conversion, digital filter, scaling transformation ,which belong to detection technology. The overall experimental results are visually expressed on the display to achieve four complete detection technology experiments

Keywords: Detection technology , Experiment , Sensor , Amplifying circuit , Microprocessor

目 录

摘 要 2

Abstract 3

目 录 4

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 传感器的特点 2

1.3检测技术系统的功能特点 2

1.4 传感器和检测仪表的现状及发展趋势 3

1.5检测技术的发展现状及发展趋势 4

1.6检测技术实验的现状 5

1.7本文的研究目的和主要研究内容 6

第二章 检测技术实验方案设计 7

2.1基于应变传感器的重力检测技术实验方案设计 7

2.2基于电容式传感器的位移检测技术实验方案设计 8

2.3基于电涡流传感器的位移检测技术实验方案设计 9

2.4基于Pt100铂电阻的温度检测技术实验方案设计 10

第三章 硬件设计 12

3.1 OP07放大器的功能介绍 12

3.2 放大器电路的绘制与PCB板的制板 13

3.3应变传感器简介 14

3.4电容式位移传感器简介 15

3.5 电涡流位移传感器简介 15

3.6 Pt100铂电阻温度传感器简介 16

3.7微处理器实验模块简介 16

第四章 软件设计 18

4.1 A/D转换实验设计 18

4.2 数字滤波实验设计 22

4.3 非线性校正及标度变换实验设计 25

第五章 实验结果分析与结论 29

5.1 基于应变传感器的重力检测技术实验结果分析 29

5.2基于电容传感器的位移检测技术实验结果分析 30

5.3基于电涡流传感器的位移检测技术实验结果分析 31

5.4基于Pt100铂电阻的温度检测技术实验结果分析 32

致谢 33

参考文献 34

附录1 35

检测技术实验教程 35

实验一 基于应变传感器的重力检测技术实验 35

实验二 基于电容式传感器的位移检测技术实验 37

实验三 基于电涡流传感器的位移检测技术实验 39

实验四 基于Pt100铂电阻的温度检测技术实验。 41

附录2 43

第一章 绪论

1.1引言

检测技术是一项将计算机技术、信息处理技术、自动化专业、控制工程学科等综合应用的先进技术。现如今，检测技术已经广泛应用于电力、交通、航空、化工、生物、机械制造等领域的自动化生产过程之中，是科技领域相当重要的一部分。换句话说，科技发展的每一个阶段，都有着检测技术的一份功劳。而在某些极端条件下的检测技术，对于我们深刻地认识自然、发掘自然并改造自然有着不可或缺的作用。随着各经济行业以及现代科学技术的迅速发展，检测技术的研究内容也变得越来越丰富，研究范围越来越广泛，研究方向也越来越多变。在生产制造中，许多工业设备的性能测试和设备更新过程中都会涉及到各种机械量和几何量，这些都是包含在检测技术范畴内的，均与检测技术有着密不可分的联系。因此，检测技术的研究不但有着重要的理论上的意义，符合我国的科技发展观，而且对促进企业科学生产技术的进步、传统工业生产技术的更新、铁路制造技术、电力检测技术的现代化以及生物医学的进步有着重要的意义。

传感器是检测技术的首要环节与核心技术。传感器能够将接受到的信号，按照特定的规则进行变换后，以所需要的信号量输出，满足之后的信号传输、数据存储、实时处理等要求。被测量信号有两种形式：一种是静态信号，它是稳定的；一种是动态信号，它是不断变化的。由于输入量的信号形式是不相同的，所以传感器的输入特性也是不相同的，由以上被测信号的两种形式可知，传感器的基本特性可以分为静态特性和动态特性两种。衡量传感器的静态特性的指标有灵敏度、线性度、重复性、分辨率、漂移、迟滞等，影响传感器的动态特性的主要是传感器的固有因素，如温度传感器的热惯性及输入量的变化形式^[1]。传感器就好像是物件的感官一样，将物件想要表达出来的东西具象化，并让接收者能够清楚明白的理解，让物件活了起来。通常根据传感器的基本感知功能，可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类^[2]。许多工业设备在工作中需要监视和检测多种物理量，例如：速度、位移、力、温度、位置等，除去这些物理量，在实际生产、实验中还会遇到化学量和生物量等，这一切都要通过传感器进行转换，输出所需信号，然后进行下一步的处理与储存工作。本文使用的传感器为应变（压力）传感器、电容式位移传感器、电涡流位移传感器、Pt100铂电阻温度传感器。

检测技术系统是含有微型处理器的一类仪器,其主要是以检测功能为主的，具体功能可分为对数据的储存、逻辑运算及自我检测等。在如今科技飞速发展的环境下，检测装置以其体积小、精度高、功耗低、量程大、功能强等诸多优点，迅速地在工业、航天、生物、医疗、家用电器方面得到了尤为广泛的应用。检测技术系统可以与PC机组成分布式测控系统，由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据，通过串行通信将信息传输给上位机——PC机，由PC机进行全局管理^[3]。本文主要使用以ARM Cortex-M3为内核的STM32F103RCT6系列微处理器来进行A/D转化、数字滤波、非线性校正及标度变换方面的实验工作。

1.2 传感器的特点

传感器主要包括：数字化、智能化、微型化、集成化、多功能化、无线网络化、系统化等特点^[4]，对于传统工业来说，传感器技术的发展逐渐迫使其进行改革与发展，从而使得更多的新兴工业涌现出来。其中微型化是基于微电子机械系统（MEMS）技术的，已成功应用在硅器件上做成了硅压力传感器^[5]。传感器的集成化分为传感器本身的集成化和传感器的后续电路的集成化。传感器的集成化可以应用于集成电路的制作中，也可以制作光敏等各种集成器件。传感器的智能化保证其可以对所测数据及其产生的误差进行补偿，并进行数据处理、逻辑判断，且具有自我诊断和自我校准的功能。智能化的传感器将会逐渐的扩展到化学、物理学、光学和电磁学等领域，并将在人们生活的众多方面发挥作用。

1.3检测技术系统的功能特点

1、操作自动化。检测技术的诸多工作过程，例如信息采集、数据处理、显示等，都是在微处理器的控制下进行的，从而实现了完全的自动化操作。

2、具有良好的自测功能。包括自我系统诊断、自我过程调节、自我结果检测等。这种自测运行的时间点，可以人为进行调整，无论仪器启动时还是工作时，自测均可进行，这就极大地方便了仪器的维护与管理。

3、具有完善的数据处理功能。检测技术系统由于是由微处理器来进行控制，这就使得原来许多用硬件很难解决的问题，现在可以使用软件系统非常便捷地解决。

4、具有非常友好的人机交互能力。检测技术系统将检测结果与数据处理结果直接通过显示屏显示出来，使工作人员可以直观便捷地操作与调试器材，并且可以迅速的进行反馈，这也使得操作难度大大降低。

1.4 传感器和检测仪表的现状及发展趋势

传感器产品的种类非常多，比较常用的有压力传感器、温度传感器、位移传感器、光电传感器、人体红外线传感器、超声波传感器等，其中有许多成熟传感产品已经广泛应用于机械工业行业，例如定位传感器、位移传感器、速度传感器等。在国内市场销售的传感器包括6000个品种，但是国外品种更多，如美国约有17000种传感器^[5]。

在国外，光电传感器技术已经广泛的运用到了军事技术、检测技术、交通管理、车辆监测等诸多领域。例如，军事技术方面，国外激光制导技术的发展，使导弹发射的精度和瞄准的准确性得到提高，国外的城市交通管理方面，运用电子红外光电传感器进行事故监测和路段指挥也日渐普及，此外，国外汽车也普遍装载有新型光电传感器，例如激光防撞雷达、红外夜视装置等^[6]。

在国内，传感器行业的发展也是极为迅速的，传感器的市场占有率一直保持着高速增长状态。在国内，传感器主要应用于汽车产品、电子通讯、工业制造等方面，其中汽车产品和工业制造占了三分之一的份额^[7]。外企进入中国市场既促进了我国经济、科学技术的迅速发展，又对我们本土产业造成了巨大的压力。因为国内传感器产品普遍存在着品种少，相比较进口来说，质量较差的问题，而且国内的制造工业不完善，制造企业无法掌握核心先进技术。

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