AD698传感器,电感式位移传感器

1、1系统结构与工作原理传感SS滤波揄出电路信号转换电路运算放大电路A/D卜;止程切换电路A电表显示检测指示MI电压比较电路安装指示报警提示图1测头电路系统结构框图。测头电路系统主要由信号转换电路、运算放大电路、滤波输出电路、最程切换电路和窗口电压比较电路五部分组成。传感器输出交流电压信号,电压值与传感器磁芯位成正比.经过信号转换电路将其转换为相应的直流电压信七二运算放大电路对直流电压信号进"放大,以满足后续电路的电压需求；放大后的直流信号经过滤波输出电路输出到A/D卡，在计算机控制卜.实现自动检测；同时,注波信弓经最程切换电路，将宜流电压波号以对应电扇不同最程的位移值得以显示，从而提供

2、直观的测量结果；滤波信号经窗口电压比较电路可检测到测头位移状态，分别以检测、安装、报警等状态显示输出，保证了安装和检测过程的安全。2主要功能模块信号转换电路信号转换电路的功能是将传感器输出的交流电压信号转换为相应的直流电压信号。信号转换电路的设计直接影响到整个测头电路系统的测量精度，是测头电路系统的核心部分。传感器为线性差分式位移传感器，它的输入为磁芯的机械位移，输出为与磁芯位置成正比的交流电压信号。传感器初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，两个次级线圈反向串联，磁芯的移动可改变初级线圈之间的耦合磁通，从而产生两个幅值不同的交流电压信号。针对传感器输出信号特点，设计了基于AD698芯片的信号转

3、换电路。3|£*传魅整ra2AD698I作原理图AD698是一种高精度线性差分式位移变质器（LVDT）专用信号调整电路，可同时接收两路差动交流电压信号。图2为采用AD698对传感器进行信号转换的工作原理图。AD698用一个正弦波函数振荡器和功率放大器来驱动传感器初级线圈，井用两个同步解调器对初级和次级电压进行解码，和过港波和放大后最终输出直流电压信号;AD698经过同步解调可得到次级线圈输出电压值和初级线圈输出的参考电压值，通过计算A/B的比例并以此设置外部元件参数，可实现零位电压漂移补偿，从而满足测量的精度要求；AD698的输入电压和输出电压范围较广（均可达到正、负电压的输入与输出

4、），可实现测头从零位到最大位移量及从最大位移量回到零位的测量，扩大了测量范围。基于AO698的半桥式电感位移传感器信号处理电路半桥式电感位移传感器按工作方式可以分为变间隙式、变面积式和螺管式不管采用何种工作方式，其基本原理均可表述为两个线圈安装成差动方式的结构，使得线圈的电感量L与机械位移量山之间满足式（1）心1，（曲+於）=Lo+乎-Ax:+a/.o+SAxdxdx%/（沏处）“厂普2普式（I）中，忽略了高阶小量,S为线圈电感L相对位移Ax的次敏度。工作于不同工作方式卜的电感位移传感器行不同的L。和灵敏度S。将这两个线圈串联后加以一定幅度的正弦激励,则两线圈上的交流电压幅值满足：既T强=&#

5、187;2kAx对于半桥式电感位移传感器,AD698芯片手册中列出的典型电路如图3所示。径向位移传感器工作方式为变间隙式，轴向位移传感器工作方式为变面枳式，两种传感器采用一体化设计,线圈、铁芯参数均相同，并共用一块后级处理电路。传感器后级处理电路使用AD698芯片，采用AD698芯片手册中列出的典型电路方案（如图2所示）理论推导可得两传感器的电感灵敏度之比为dLMa/dx_8dLa/dxb式中，占为气隙宽度,b为线圈铁芯截面长度图3D698典型应用电路运算放大电路及滤波输出电路运算放大电路及滤波输出电路时经转换后的信号进行进一步调节，可很好地匹配AD698芯片，并满足下一级电路的处理需求。滤波

6、输出电路由一个二阶/00型滤波电路构成,在满足滤波精度要求的前提下，可保证较短的延迟时间。量程切换电路量程切换电路的功能是将电压信号以对应电表不同量程的位移值显示，从而提供直观的测最结果。最程切换电路由三个不同放大倍数的放大电路组成，外接电表（以电压值对应的位移量显示）以实现输出电压值对应传感器位移量的显示。最程切换电路的放大倍数分别对应电表的不同量程，通过电路电阻参数的设置可实现测头500,150,30Lm三档量程选择。窗口电压比较电路窗II电压比较电路的功能是实时显示测头运动状态。它由多个不同参数的比较电路单元构成，将滤波输出后的电压信号分别与每个比较单元的参考电压值进行比较，从而实时反映

7、测头不同的运动状态。结合外接信号灯及蜂鸣器，可判断测头工作状态，并对测头作出相应控制，进而防止测头因过量程运动造成的危险，提高测戢安全性。这里设置的测头运动状态分别为安装状态、检测状态和报警状态。3高灵敏度测，电路设计方案及其应用结果时于采用AD698的后级处理电路而言，要提高其灵敏度有三种方法:对AD698的输出信号或AD698的A通道输人信号进行放大以及对AD698的B通道输入信号进行缩小。对AD698的输出信号进行放大。AD698静态输人情况下输出信号的噪声电压在10-20mV左右，对输出信号进行放大的同时噪声信号也被放大，即使采用仪表放大器对输出端和地线间的电压信号加以放大仍然有相当大

8、噪声存在。可见AD698输出信号与地线之间不仅有共模噪声,还有差模噪声存在。对AD698的A通道输入信号进行放大。芯片手册中AD698的A通道输人信号幅度限制为OW35Vrms,在A通道输入信号幅度较大的情况下,对放大倍数有一定的限制。对AD698的B通道输人信号进行缩小。芯片手册中AD698的B通道输人信号幅度限制为0.IV-3.SVrms,一般B通道输入在3Vrms左右，缩小倍数最大可达20一30。比较以上三种方法，方法2和方法3均可行，但是方法2只在激励电压较小情况下适用，在激励电压较大情况下，只有方法3能得到较好结果。但在应用方法3之前,还有一个问题需解决:按照AD698芯片手册中列出的半桥式LVDT典型接法（图2）,传感器在零输人情况0x=O,L】=LJE有A/B=0.5,假定对B缩小TO倍再输入AD698,此时AD698的输入量A/B=5,远大于AD698输人量的允许范围-Llo解决方法是对A通道输人采取如图5所示的电桥式接法，使得传感器在零输人情况卜，有Li=L2,输人端Ain+、Ain-电位相等，即A=0、A/B=0,在