基于AD598的位移传感器的误差研究

1、基于ad598的位移传感器的误差研究在信息采集系统中，通常处于系统前端，即检测和控制系统之首，它提供应系统处理和决策所必须的原始信息，因此，传感器的精度对囫囵系统是至关重要的。在位移、速度及加速度的测量中，常常用法差动式传感器，缘由是其敏捷度高、线性好且有配套，但传统的lvdt传感器对工作电源的稳定性和精度要求太高，且板大都由分别元件搭接而成，极易产生松脱和受潮变质现象，从而影响传感器的用法寿命和整体性能。本文介绍一种基于ad598信号处理芯片的lvdt直线位移传感器，并通过实例对其误差和精度举行探讨。1 基本原理差动变压器式传感器是利用线圈的自感或者互感的变幻来实现测量的一种装置，它的核心是

2、可变自感或可变互感。本文采纳的变气隙式差动变压器式传感器是利用互感的变幻来工作的。1.1 基本结构及工作原理上下2只铁芯上均有1个励磁线圈和1个输出线圈。上下2个励磁线圈串联后接沟通励磁电源uin，2个输出线圈则按电势反向串联。忽视高阶无穷小量，当r(为沟通励磁电源电压uin的频率，r为励磁线圈的等效)时，可推导出式中：uin为励磁电源电压(单位v);uout为输出电压(单位v);n1，n2分离为励磁线圈和输出线圈的匝数;为轴偏移平衡位置的距离(单位mm);占为轴处于平衡位置时的气隙大小(单位mm)。当轴处于中间位置时，1=2=，励磁线圈中产生交变磁通1和2，在输出线圈中便产生沟通感应电势。因

3、为两边气隙相等，磁阻相等，所以，1=2，输出线圈中感应出的电势e21=e22，因为次级是按电势反向衔接的，输出电压uout=0。当轴偏离中间位置时，两边气隙不等(即12)，输出线圈中感应的电势不再相等(即e21e22)，便有电压uout输出。uout的大小及相位取决于轴的位移大小和方向。1.2 输出特性方程设差动变压器原边激励电压为ep、角频率为、为ip、电感为lp、等效电阻为rp。副边电压分离为e21、e22，互感为m1、m2。若忽视磁滞涡流及耦合的影响，可以得出：2 传感器测量电路ad598是由analog device推出的新型lvdt专用信号处理芯片，原理图2所示。由图可知，该芯片主要

4、包含两部分：一部分为正弦波发生器，它的频率及幅值均可由少数外接元件确定;另一部分为lvdt次级的信号处理部分。通过这一部分产生一个与铁芯位移成正比的直流电压信号。ad598可驱动高达24 v，频率范围为20hz20 khz的lvdt原边线圈，又可接受最低为100 mv的次级输入，所以适用于许多不同类型的lvdt。3 测量系统误差分析测量系统的误差按来源也可分为固定误差和随机误差两大类。3.1 固定误差固定误差指差动变压器结构(加工精度)和材料(磁滞涡流)所造成的误差。这是系统论证时要结合测量的精度要求及经济指标综合考虑的。系统一旦确定下来这些因素普通是不能转变的。3.2 随机误差随机误差按误差

5、来源可以分为由激励源的波动引起的误差和由相敏检波引起的误差。因为ad598把，lvdt和相敏解调器封装在一起，不但提高了产品的集成度，而且大大削减了外围元件的个数，使传感器的性能得到大幅提高，因此，在本文中就不对相敏检波引起的误差举行推导了。3.2.1 激励源幅度波动引起的误差由式(3)可以看出当ep、lp、rp为常数时，e2正比于m。差动变压器是非闭合磁路，而且铁芯长度远小于线圈长度，所以m正比于铁芯位移，即e2正比于铁芯位移。当铁芯在某一位置固定，输出电压e2也应是定值。但ep或有变幻，虽然铁芯位置没变，输出电压e2却发生了变幻，这就是激励电压和频率不稳定引起的误差。e2是ep的一次函数。将式(3)对ep微分得到：将式(4)除以式(3)得：de2/e2=dep/ep即在其它条件不变的状况下，激励源的误差即是差动输出的误差。3.2.2 激励源频率波动引起的误差式中：qp=lp/rp为差动电压器原边品质因数，其值越大因波动引起的误差越小。4 误差与精度的测定以cwz-23f差动变压器为例，标定后用光学测长仪给定输入电压，用4位半数字电压表测量输出电压。精度=×标准差=3×1.1063.32(m)可以认为系统精度为3.32m。此时置信概率为99.73%，彻低可以