位移測(cè)量傳感器

基于AD698的差動(dòng)變壓式位移測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告測(cè)控10-1班第四組基于AD698的差動(dòng)變壓式位移測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告一、 設(shè)計(jì)目的：基于AD698的差動(dòng)變壓器式位移測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制作及精度分析采用差動(dòng)變壓器式電感傳感器設(shè)計(jì)一套位移測(cè)量系統(tǒng)，包括差動(dòng)變壓器的設(shè)計(jì)裝配調(diào)整、轉(zhuǎn)換及調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試、標(biāo)定試驗(yàn)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)及精度分析。二、 要求差動(dòng)變壓器式位移測(cè)量系統(tǒng)輸入信號(hào)是位移量，輸出信號(hào)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(hào)1~5V。在0?30mm內(nèi)自行確定測(cè)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(duì)位移測(cè)量系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行拆分，流程圖如下：四、個(gè)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(hào)，但通過電容將高頻的信號(hào)濾掉只有低頻信號(hào)輸出。2、傳感器和差動(dòng)放大器電感傳感器是一種機(jī)械??電子傳感器，其輸入是磁芯的機(jī)械移動(dòng)，輸出是與磁芯位置成正比的交流電壓信號(hào)。電感傳感器由1個(gè)初級(jí)線圈和2個(gè)次級(jí)線圈組成，初級(jí)線圈由外部參考正弦波信號(hào)源激勵(lì),2個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)?；顒?dòng)磁芯的移動(dòng)可改變初次級(jí)線圈之間的耦合磁通，從而產(chǎn)生2個(gè)幅值不同的交流電壓信號(hào)。串聯(lián)次級(jí)線圈的輸出電壓隨著磁芯移離中心位置而升高。加一個(gè)差放將傳感器輸出的微弱信號(hào)放大。因此通過測(cè)量輸出電壓的相位可以判斷磁芯移動(dòng)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(shí)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(hào)作參考信號(hào)就能滿足這一條件。相乘式相敏檢波器的實(shí)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(dòng)，所以我們采用相敏檢波電路，它具有辨別信號(hào)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(diǎn)是，除了需要解調(diào)信號(hào)外，還需要輸入一個(gè)參考信號(hào)。有了參考信號(hào)就可以用它來鑒別輸入信號(hào)的相位和頻率。參考信號(hào)應(yīng)與所需解調(diào)信號(hào)具有相同的頻，其中后一級(jí)是運(yùn)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(diǎn)AD698提供用單片電路來調(diào)理LVDT信號(hào)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(gè)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(lì)信號(hào)頻率為20—20kHz,這個(gè)頻率取決于他的外接電容器。其輸出電壓有效值可達(dá)24V,能夠直接驅(qū)動(dòng)LVDT的初級(jí)激磁線圈,LVDT的次級(jí)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(huì)影響電路的整體性能；一個(gè)AD698可以串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LVDT,激勵(lì)輸出具有熱保護(hù)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(dòng)LVDT,然后讀出LVDT的輸出電壓并產(chǎn)生一個(gè)與磁芯位置成正比的直流電壓信號(hào)。AD698用一個(gè)正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器來驅(qū)動(dòng)LVDT，并用二個(gè)同步解調(diào)級(jí)來對(duì)初級(jí)和次級(jí)電壓進(jìn)行解碼，解碼器決定了輸出電壓與輸入驅(qū)動(dòng)電壓的比率（A/B）。濾波級(jí)和放大器可按比較整輸出結(jié)果。振蕩器中包含一個(gè)多諧振蕩器，該多諧振蕩器產(chǎn)生一個(gè)三角波，并驅(qū)動(dòng)正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)低失真的正弦波，正弦波的頻率和幅值由一個(gè)電阻器和一個(gè)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(jí)線圈側(cè)）和一個(gè)固定的參考輸入B（初級(jí)線圈側(cè)或固定輸入）。早期解決方案的共同問題是驅(qū)動(dòng)振蕩器幅值的任何漂移都會(huì)直接導(dǎo)致輸出增益的錯(cuò)誤。AD698通過計(jì)算LVDT輸出與輸入激勵(lì)的比率消除了所有的偏移影響，從而避免了這些錯(cuò)誤。AD698不同于AD598型的LVDT信號(hào)調(diào)理器，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了一個(gè)不同的電路傳遞函數(shù)，并且不要求LVDT次級(jí)線圈（A+B）是一個(gè)隨行程長(zhǎng)度而定的常量。AD698的輸入包括二個(gè)獨(dú)立的同步解調(diào)通道A和B。B通道用來監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)LVDT的激勵(lì)信號(hào)，A通道的作用與之相同，但是它的比較器引腳是單獨(dú)引出來的。因?yàn)樵贚VDT處于零位的時(shí)候，A通道可能達(dá)到0V，所以A通道解調(diào)器通常由初級(jí)電壓（B通道）觸發(fā)。另外，可能還需要一個(gè)相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)給A通道增加一個(gè)相位超前或滯后量，比此來補(bǔ)償LVDT初級(jí)對(duì)次級(jí)的相位偏移。一旦二次通道信號(hào)被解調(diào)和濾波后，再通過一個(gè)除法電路來計(jì)算比率A/B，除法器的輸出是一個(gè)矩波信號(hào)。當(dāng)A/B等于1時(shí)，矩形波的占空比為100%。輸出放大器測(cè)量500pA的參考電流并把它轉(zhuǎn)化成一個(gè)電壓值。當(dāng)IREF=500pA時(shí)，其傳遞函數(shù)如下：VOUT=IREFxA/BxR2差動(dòng)電感式位移傳感器的測(cè)量原理DGC-6PG/A差動(dòng)電感式位移傳感器由中原量?jī)x生產(chǎn)的一款旁向式的位移測(cè)量頭。他的激勵(lì)頻率在10kHz左右，激勵(lì)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(hào)輸出與鐵芯的位移成正比。他在不銹鋼殼內(nèi)布置1個(gè)初級(jí)線圈，并在其左右各布置1個(gè)次級(jí)線圈，呈對(duì)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(jí)線圈通電后，兩個(gè)反相連接的次初級(jí)線圈中將產(chǎn)生極性相反的電壓。因此，兩個(gè)電壓之差即為L(zhǎng)VDT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(jí)線圈的電壓相應(yīng)增加。同時(shí)，另一側(cè)線圈的感應(yīng)電壓相應(yīng)降低。芯的運(yùn)動(dòng)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(shí)，輸出電壓的相位將出現(xiàn)180°突變；當(dāng)初級(jí)繞組由恒定電壓供電時(shí)，其等效電路如圖2所示。如果次級(jí)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(cè)量系統(tǒng)的電路圖如下t-K67101112+VsEXCIOFFSE