位移測量傳感器

基于AD698的差動變壓式位移測量系統(tǒng)設(shè)計報告測控10-1班第四組基于AD698的差動變壓式位移測量系統(tǒng)設(shè)計報告一、 設(shè)計目的：基于AD698的差動變壓器式位移測量系統(tǒng)設(shè)計、制作及精度分析采用差動變壓器式電感傳感器設(shè)計一套位移測量系統(tǒng)，包括差動變壓器的設(shè)計裝配調(diào)整、轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路的設(shè)計、安裝和調(diào)試、標(biāo)定試驗和測試實驗及精度分析。二、 要求差動變壓器式位移測量系統(tǒng)輸入信號是位移量，輸出信號為直流電壓，可以為0?5V、0?10V、一5?5V或一10~10V，也可以米用標(biāo)準(zhǔn)直流信號1~5V。在0?30mm內(nèi)自行確定測量范圍及精度標(biāo)準(zhǔn)。三、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在使用AD698之前我們先對位移測量系統(tǒng)的各個部分進行拆分，流程圖如下：四、個部分結(jié)構(gòu)1、音頻發(fā)生器音頻發(fā)生器電路原理圖如下，當(dāng)接通電源后三極管VT2導(dǎo)通導(dǎo)通后Ic電流從無到有，其中含有微弱的各種信號，但通過電容將高頻的信號濾掉只有低頻信號輸出。2、傳感器和差動放大器電感傳感器是一種機械??電子傳感器，其輸入是磁芯的機械移動，輸出是與磁芯位置成正比的交流電壓信號。電感傳感器由1個初級線圈和2個次級線圈組成，初級線圈由外部參考正弦波信號源激勵,2個次級線圈反向串聯(lián)?；顒哟判镜囊苿涌筛淖兂醮渭壘€圈之間的耦合磁通，從而產(chǎn)生2個幅值不同的交流電壓信號。串聯(lián)次級線圈的輸出電壓隨著磁芯移離中心位置而升高。加一個差放將傳感器輸出的微弱信號放大。因此通過測量輸出電壓的相位可以判斷磁芯移動的方向。

saL11..522mF3、相敏檢波器與濾波器鑲趨拱”伽+舸口■上閻的閒單移相方'法"馬悴肯用布分saL11..522mF3、相敏檢波器與濾波器鑲趨拱”伽+舸口■上閻的閒單移相方'法"馬悴肯用布分M吝*a日的埼岀與輔扎和檢権華m礬扎同用盤，禺節(jié)嗣時晟?th?陽曲柵愷帕不伺比抿轄相5，從而可邯親憔議噸嘗的梅禪.垃克臨呑sor.i hH泄知SWfllnIfc.Lft?R1孑31聞caC4.:7炸軀HJ3：:-W>-lotnrhK.1436率，采用載波信號作參考信號就能滿足這一條件。相乘式相敏檢波器的實物圖如下,大器F007和R、C等構(gòu)成的低通濾波器。由于通過從差放中輸出的電壓無法確定磁心是向上或向下移動，所以我們采用相敏檢波電路，它具有辨別信號相位和選頻的能力。從電路結(jié)構(gòu)上看，相敏檢波電路的主要特點是，除了需要解調(diào)信號外，還需要輸入一個參考信號。有了參考信號就可以用它來鑒別輸入信號的相位和頻率。參考信號應(yīng)與所需解調(diào)信號具有相同的頻，其中后一級是運算放4、移相器移相器的電路原理圖及功能如下圖五、AD698的應(yīng)用1、AD698的特點AD698提供用單片電路來調(diào)理LVDT信號的完整解決方案，其直流電壓輸出正比于LVDT的位移變化；AD698能夠適用于多個不同類型的IVDT,如半橋式LVDT、同名端反相串聯(lián)4線輸出式LVDT等；AD698能夠產(chǎn)生的激勵信號頻率為20—20kHz,這個頻率取決于他的外接電容器。其輸出電壓有效值可達24V,能夠直接驅(qū)動LVDT的初級激磁線圈,LVDT的次級輸出電壓有效值可以低于100mV;AD698采用比值譯碼方案,溫度變化不會影響電路的整體性能；一個AD698可以串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動多個LVDT,激勵輸出具有熱保護功能。AD698外形圖如下：28-PinPLCC28-PinPLCC21-PinCerdip-VsEXC11■OFFSET1EXC2-VsEXC11■OFFSET1EXC2OFFSET?LEV1ISIGREFLEVSSIGOUTFREQ1ITOPVIEWFEEDBACKFREQSWottoScale]OUTFILTBFILT1a"AFILT1BFILT2n喬AFILT2-BINw15-ACOMPtBIMn14-AIMi]#AIN4 3]212612?2&/■52524TADS9B2U靠TOPVIEW??(Notto?1=*111空LEVILEV2FREQ1FREQ2NCBFIILT1BFILT2NCSIGREFSIGOUTFEEDBACKOUTFILIAFILT1AFILT2NO=HOCONNECTAD698與LVDT連接的功能框圖如下:遜古器T^~遜古器T^~|電壓參考2、AD698的工作原理AD698首先驅(qū)動LVDT,然后讀出LVDT的輸出電壓并產(chǎn)生一個與磁芯位置成正比的直流電壓信號。AD698用一個正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器來驅(qū)動LVDT，并用二個同步解調(diào)級來對初級和次級電壓進行解碼，解碼器決定了輸出電壓與輸入驅(qū)動電壓的比率（A/B）。濾波級和放大器可按比較整輸出結(jié)果。振蕩器中包含一個多諧振蕩器，該多諧振蕩器產(chǎn)生一個三角波，并驅(qū)動正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值由一個電阻器和一個電容器決定。輸出頻率在20Hz?20kHz可調(diào)，輸出有效幅值在2V?24V可調(diào)?？傊C波失真的典型值是50dB。AD698通過同步解調(diào)輸入幅值A(chǔ)（次級線圈側(cè)）和一個固定的參考輸入B（初級線圈側(cè)或固定輸入）。早期解決方案的共同問題是驅(qū)動振蕩器幅值的任何漂移都會直接導(dǎo)致輸出增益的錯誤。AD698通過計算LVDT輸出與輸入激勵的比率消除了所有的偏移影響，從而避免了這些錯誤。AD698不同于AD598型的LVDT信號調(diào)理器，因為它實現(xiàn)了一個不同的電路傳遞函數(shù)，并且不要求LVDT次級線圈（A+B）是一個隨行程長度而定的常量。AD698的輸入包括二個獨立的同步解調(diào)通道A和B。B通道用來監(jiān)測驅(qū)動LVDT的激勵信號，A通道的作用與之相同，但是它的比較器引腳是單獨引出來的。因為在LVDT處于零位的時候，A通道可能達到0V，所以A通道解調(diào)器通常由初級電壓（B通道）觸發(fā)。另外，可能還需要一個相位補償網(wǎng)絡(luò)給A通道增加一個相位超前或滯后量，比此來補償LVDT初級對次級的相位偏移。一旦二次通道信號被解調(diào)和濾波后，再通過一個除法電路來計算比率A/B，除法器的輸出是一個矩波信號。當(dāng)A/B等于1時，矩形波的占空比為100%。輸出放大器測量500pA的參考電流并把它轉(zhuǎn)化成一個電壓值。當(dāng)IREF=500pA時，其傳遞函數(shù)如下：VOUT=IREFxA/BxR2差動電感式位移傳感器的測量原理DGC-6PG/A差動電感式位移傳感器由中原量儀生產(chǎn)的一款旁向式的位移測量頭。他的激勵頻率在10kHz左右，激勵電壓的有效值為2V，靈敏度為70mV/V/mm,總行程為1.5mm。他產(chǎn)生的電信號輸出與鐵芯的位移成正比。他在不銹鋼殼內(nèi)布置1個初級線圈，并在其左右各布置1個次級線圈，呈對稱分布。鐵芯在線圈組內(nèi)穿梭，當(dāng)通過外部交流電源給初級線圈通電后，兩個反相連接的次初級線圈中將產(chǎn)生極性相反的電壓。因此，兩個電壓之差即為LVDT的凈輸出值，當(dāng)鐵芯位于中間或零位，凈輸出為零。當(dāng)鐵芯離開零位，鐵芯所趨向的次級線圈的電壓相應(yīng)增加。同時，另一側(cè)線圈的感應(yīng)電壓相應(yīng)降低。芯的運動產(chǎn)生隨位移變化而變化的線性壓差輸出值。當(dāng)鐵芯從零位的一側(cè)移至另一側(cè)時，輸出電壓的相位將出現(xiàn)180°突變；當(dāng)初級繞組由恒定電壓供電時，其等效電路如圖2所示。如果次級繞組的總電阻用R2表示，由圖2利用網(wǎng)孔分析法可得方程組：rEi=人（局斗近J+JN—.Mi+頑’〉⑵出=焉；.卡心"鳳=%4-備+R*—i山由方程組（2）得：/ _ ■ 貳輒十J u_ 2甌〕一 隅匸周J-卜毗Lr +岳民基于AD698的位移測量系統(tǒng)的電路圖如下t-K67101112+VsEXCIOFFSE