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RVDT角位移傳感器校準技術(shù)研究 2019年5月第39卷增刊宇航計測技術(shù)Journal ofAstronautic Metrologyand MeasurementMay，2019V0139Supplement1000-7202 (2019)zl一0061-06DOI1012060jissn100072022019z113RVDT角位移傳感器校準技術(shù)研究?，?西安航天計量測試研究所，陜西西安710100)摘要RVDT角位移傳感器應(yīng)用于某型號發(fā)動機，用于測量燃油調(diào)節(jié)器開度和燃油流量，與設(shè)定流量比較實現(xiàn)反饋，達到燃油流量隨發(fā)動機狀態(tài)變化準確調(diào)節(jié)的目的。 介紹了RVDT傳感器的應(yīng)用背景、現(xiàn)狀和工作原理，著重分析了RVDT傳感器及信號調(diào)理電路的校準方法和相關(guān)試驗研究。 利用RVDT傳感器校準裝置，進行了RVDT傳感器和信號調(diào)理電路匹配特性試驗，表明信號調(diào)理電路設(shè)計合理，工作可靠；開展了幅值和頻率激勵對RVDT傳感器輸出影響試驗研究，結(jié)果表明幅值激勵對傳感器輸出影響大，而頻率激勵對傳感器輸出影響小。 利用本套校準裝置，首次為某型號發(fā)動機RVDT傳感器及信號調(diào)理電路提供計量校準服務(wù)，為型號任務(wù)提供了計量保障。 關(guān)鍵詞旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器式傳感器角位移傳感器信號調(diào)理電路校準試驗研究TB921文件標識碼ACalibration andExperimental Studyof RVDTAngular DisplacementSensorfor EngineCHANGYing(Measuring andTesting InstituteUnder Xiall AerospaceCorporation，Xian710100，China)Abstract RVDTansle displacementsensors wereused inathodyd enginefor measuringfuel regulatoropening angleandfuel flowComparing withthe setflow，feedback wasachieved toreach thepurpose offuelflow rateadjusted auratelywithengine statechangingThe applicationbackground，present situationand workingprinciple of RVDT sensorwereintroduced inthis paperCalibration methodandrelated experimentalresearch of RVDT sensor and signal conditioningcircuit wereanalyzed emphasizelyThe matchingcharacteristic testof RVDTsensorandsignalconditioning circuit wasprogressed，showing thatthe signalconditioningcircuitwas designedreasonably andreliablyExperimental researchwascarried outabout theeffectof theamplitude and frequency incentiveon RVDTsensorThe researchshowed thatamplitudeexcitation influenced on thesensor outputlargelyAnd thefrequency excitationinfluencedonthe outputof thesensor alittleUsing thecalibration device，the measurementand calibrationservices werefirstly provided for RVDTsensorand signalconditioningcircuit ofthe athodydengineThe measurementguarantee wasprovidedformodel taskKey wordsRotary VariableDifferential Transformer(RVDT)Ande displacementsensor SignalconditioningcircuitCalibrationExperimental study20180731，修回日期20190423作者簡介?，?198308一)，女，高級工程師，碩士，主要研究方向幾何量計量測試技術(shù)。 萬方數(shù)據(jù)宇航計測技術(shù)2019焦1引言在某型號發(fā)動機研制、試驗過程中，為實時、準確控制燃油流量，采用了RVDT(Rotary VariableDifferentialTransformer。 旋轉(zhuǎn)可變差動變壓器式)角位移傳感器u J，用于測量燃油調(diào)節(jié)器開度，進而反映發(fā)動機燃油流量。 RVDT傳感器性能直接影響燃油流量測量數(shù)據(jù)的準確性，因此RVDT傳感器能否實現(xiàn)準確測量是非常重要的。 本文研究開發(fā)一套RVDT角位移傳感器校準系統(tǒng)，并開展了角位移傳感器校準、某型號發(fā)動機流量測控設(shè)備信號調(diào)理電路匹配特性試驗、幅值和頻率激勵對RVDT傳感器輸出影響試驗等工作，為型號任務(wù)提供了計量保障。 2RVDT傳感器校準系統(tǒng)的研建21RVDT傳感器工作原理RVDT角位移傳感器是一種變壓器型的電感式機電轉(zhuǎn)換元件j，將處于變磁場中的磁芯位移，通過可動磁芯產(chǎn)生的互感變化轉(zhuǎn)換成與該位移位置滿足相應(yīng)函數(shù)關(guān)系的電信號，根據(jù)信號的大小和極性，確定相應(yīng)被測系統(tǒng)位移大小和方向。 RVDT傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、量程寬、靈敏度高、線性度好、性能穩(wěn)定、準確度高的特點，廣泛應(yīng)用于閥門開度和精密位移的測量和反饋控制中。 在理想情況下，忽略線圈寄生電容及銜鐵損耗，RVDT傳感器的等效電路如圖1所示。 其中，e，圖1RVDT傳感器等效電路Fig1Equivalent circuitof RVDTsensor為一次線圈激勵電壓；L。 ，R。 分別為一次線圈的電感和電阻；M，鴆分別為一次線圈與二次線圈間的互感；。 ，k分別為兩個二次線圈的電感；R，尺分別為兩個二次線圈的電阻。 RVDT傳感器輸出電勢與銜鐵位移之間的關(guān)系圖如圖2所示。 其中，e。 ，e趨分別為兩個二次線圈的輸出電勢，e為差動輸出電勢，菇表示銜鐵偏離中心位置的距離，即銜鐵位移。 互感式傳感器線圈的輸出信號經(jīng)過測量電路的處理得到最終的輸出電壓。 圖2RVDT傳感器輸出電勢與銜鐵位移之間的關(guān)系圖Fig2The relationshipbetween theoutput potentialofRVDT sensorand thearmature displacement22校準裝置研建221校準裝置組成研建的校準裝置框圖如圖3所示。 校準裝置工作原理b o是交流電壓源為RVDT角位移傳感器提供激勵信號，由數(shù)顯轉(zhuǎn)臺產(chǎn)生標準角度，RVDT傳感器將角度信號轉(zhuǎn)換成電信號，由數(shù)字多用表測得的電信號作為原始數(shù)據(jù)。 對原始數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)處理方法可計算出傳感器的靈敏度、線性度、回程誤差和重復性等指標。 被校對象圖3RVDT傳感器校準框圖Fig3Block diagramof RVDTsensor calibration222校準軟件為提供校準工作效率，實現(xiàn)校準過程及數(shù)據(jù)處理的自動化，利用Labview軟件開發(fā)了RVDT傳感器專用校準軟件。 校準時，可根據(jù)傳感器的參數(shù)萬方數(shù)據(jù)增刊RVDT角位移傳感器校準技術(shù)研究和技術(shù)指標選擇校準角度范圍、循環(huán)次數(shù)、角度間隔。 利用GPIB總線控制數(shù)字多用表自動采集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)處理，輸出傳感器的靈敏度、線性度、回程誤差和重復性等校準結(jié)果。 為方便對校準結(jié)果數(shù)據(jù)進行檢索，在RVDT傳感器專用校準軟件中開發(fā)了數(shù)據(jù)檢索功能，可根據(jù)送檢廠家、傳感器編號、校準時間等信息進行檢索，如圖4所示。 數(shù)據(jù)庫基于微軟公司的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Serverxx而開發(fā)。 23數(shù)據(jù)處理RVDT傳感器校準數(shù)據(jù)見表1。 根據(jù)校準規(guī)范，分別計算靈敏度和截距、線性度、回程誤差、重復性。 校準結(jié)果為靈敏度01496Vo；其線性度O64；重復性0034。 參數(shù)檢索盤“U撞t髀量遺出r毒植t蕾件H目RI避廠謇1一?，古*秈開塒甸悖爵聃號赫爵一。 量三串血報喪培麻對田蓐苗；獷墨J。 ig出程序?。 黥陋I鷲I圈刪卜圖4數(shù)據(jù)庫檢索界面示意圖Fig4Interface ofdatabase retrieval24角位移傳感器測量結(jié)果的不確定度評定由校準裝置的組成可知，校準裝置不確定度分量共有5個，見表2。 表1RVDT角位移傳感器校準數(shù)據(jù)表Tab1calibration dataof RVDTangular displacementsensor第一k循環(huán)第二7k循環(huán)第三 7、循環(huán)檢點(。 )正向V反向V正向V反向V正向V反向V一4058987589335893658927589358925365307953025302653014530195301230441174405744065440544057440482435205351453515235138351453513518263326269262762626226268262581217486174261743117419一17423174156086890862608633086190862508615000045O0085O00790009l00085O00956087790885108840885708848088621217779178541784117861784817862182694827025270082703270162703424362493631636336322363073632430456744572545711457294571845731365514555175516255173551675517540609156092260926609256。 092460927表2不確定度分量表Tab2Uncertainty ponent分量名稱影響因素分布類型影響量(”)相對不確定度分量ZrBl數(shù)顯轉(zhuǎn)臺示值誤差引入的相對不確定度正態(tài)分布O140O008專用夾具與數(shù)顯轉(zhuǎn)臺不同軸及傳感器安UrB2均勻O0017O1裝不同軸引入的相對不確定度萬方數(shù)據(jù)64宇航計測技術(shù)2019拄表2(續(xù))分量名稱影響因素分布類型影響量(”)相對不確定度分量“T數(shù)字多用表引入的相對不確定度均勻540002Ur叫多功能校準源引入的相對不確定度均勻2790008UrAl測量重復性引入的相對不確定度均勻，0034Uc合成標準不確定度011U擴展不確定度(k=2)O223RVDT傳感器和信號調(diào)理電路匹配特性試驗31試驗簡介為研究RVDT角位移傳感器和流量測控設(shè)備內(nèi)RVDT信號調(diào)理電路同時工作的匹配特性，需要在校準裝置上對角位移傳感器和流量測控設(shè)備進行匹配特性試驗，獲取標準角度和信號調(diào)理電路RVDT、AD 698、PVOUT、DSP測試點的關(guān)系叫1。 根據(jù)信號調(diào)理電路原理圖，共選擇了4個關(guān)鍵測點。 其中，RVDT測點是RVDT傳感器輸出點，即信號調(diào)理電路輸入點，輸出范圍為(07)V；AD698測點是信號調(diào)理電路的中間點，輸出范圍為(010)V；=PVOUT測點是信號調(diào)理電路的中間點，輸出范圍為(010)V；DSP測點是信號調(diào)理電路輸出點，輸出范圍為(03)V。 32試驗方法匹配特性試驗示意如圖5所示。 將RVDT傳感器裝卡在數(shù)顯轉(zhuǎn)臺上，并與交流電壓源、流量測控設(shè)備RVDT信號調(diào)理電路通過專用電纜連接。 圖5匹配特性試驗框圖Fig5Schematic diagramof matchingcharacteristic test與RVDT傳感器校準過程基本類似，所不同的是，RVDT傳感器校準獲取的是角度和RVDT傳感器輸出信號的對應(yīng)關(guān)系，按正行程和反行程做三個循環(huán)；而RVDT信號調(diào)理電路驗證試驗獲取的是角度和流量測控設(shè)備RVDT信號調(diào)理電路各測試點的關(guān)系，只做正行程。 通過分析試驗數(shù)據(jù)，既可以驗證信號調(diào)理電路設(shè)計的合理性，又可以驗證其工作的可靠性。 33數(shù)據(jù)處理RVDT、AD 698、PVOUT、DSP測試點曲線如圖6所示。 角度取一40。 40。 時，RVDT傳感器和信號調(diào)理電路匹配特性試驗數(shù)據(jù)見表3。 經(jīng)計算，在一40。 一400范圍內(nèi)，RVDT線性度為019，AI)698線性度為51，PVOUT線性度為56，DSP線性度為51；而在一300一300范圍內(nèi)，RVDT線性度為014，AD698線性度為27，PVOUT線性度RVDT旋轉(zhuǎn)角度。 圖6角度在一40。 一+40。 時測試曲線圖Fig6Test curveof outputvalue at一40。 一+40。 為29，DSP線性度為24。 由圖6可以看出，各測試點輸出在一30。 一+30。 區(qū)間的線性度優(yōu)于一400一+40。 區(qū)間。 因此，mo6420之4巧矗z趔馨出腳萬方數(shù)據(jù)增刊RVDT角位移傳感器校準技術(shù)研究65表3RVDT信號調(diào)理電路試驗數(shù)據(jù)Tab3Testdata ofRVDT菇掣咖eondiUoning dreuit輸出電壓值()序號角位移值(。 )RVDT AD698PVOUT DSPl一4064203一O06934一O0070000192123556073016028015958004810330一479780499090499020185042539923111132111109O32984520一318891884251884050558926一15238612656702566700787847一lO一1585134279834280510164285078734196854197031244309O O0058495350495402146854105O784557刪570895169242111015792647570647675191977121523781724528724541214774132031770801495801518237599142539775878519878506260415153047795940304940375278741163555850974498974510288863174063966997702997745295743在調(diào)節(jié)器上安裝RVDT傳感器時，盡量使其工作在一300+300區(qū)間。 4幅值和頻率激勵對RVDT傳感器輸出影響試驗研究為研究幅值和頻率激勵對RVDT傳感器輸出的影響，需要分別對幅值和激勵因素進行試驗。 在校準裝置中，由交流電壓源給RVDT傳感器提供可變的幅值和頻率激勵信號，由數(shù)字多用表測量RVDT傳感器輸出。 通過分析數(shù)據(jù)，觀察幅值和頻率兩個變量對RVDT傳感器的影響。 41幅值激勵在數(shù)顯轉(zhuǎn)臺輸出為一400，一200，00，200，400標準角度條件下，固定輸出頻率為400Hz，改變交流電壓源的輸出幅值，測試RVDT輸出值見表4，其曲線如圖7所示。 表4RVDT輸出與激勵幅值測試數(shù)據(jù)(，一)Tab4Test dataofRVDToutput andexcitationamplitude()幅值()標準角度11O11512012513O一40。 5493457422599066238764864xx729928543297853102932269O。 O0039O004l000360003600036xx71972843729676309ll3215l4005477357253597296220364674可以看出，激勵幅值對RVDT輸出影響明顯，且RVDT輸出隨著幅值激勵增加而增加。 42頻率激勵數(shù)顯轉(zhuǎn)臺輸出一40。 ，一20。 ，0。 ，20。 ，400標準角度條件下，固定輸出幅值，改變交流電壓源的輸出頻率，測試RVDT輸出值見表5，曲線如圖8所示。 可以看出，頻率變化對RVDT輸出影響較小。 萬方數(shù)據(jù)66宇航計測技術(shù)2019紅標準角度圖7RVDT輸出與激勵幅值關(guān)系曲線圖Fig7Relation curveofRVDT output andexcitationamplitude表5RVDT輸出與頻率測試數(shù)據(jù)()Tab5Testdata ofRVDToutput andfrequency(y哪)頻率(Hz)標準角度39040041042043040059914535991905600358601273601742xx96678296845297032297427297607Oo00029O0030003100031O0032xx964952967992971l29773229803540059616615972355988225