位移测量传感器

基于AD698的差动变压式位移测量系统设计报告测控10-1班第四组基于AD698的差动变压式位移测量系统设计报告一、 设计目的：基于AD698的差动变压器式位移测量系统设计、制作及精度分析采用差动变压器式电感传感器设计一套位移测量系统，包括差动变压器的设计装配调整、转换及调理电路的设计、安装和调试、标定试验和测试实验及精度分析。二、 要求差动变压器式位移测量系统输入信号是位移量，输出信号为直流电压，可以为0〜5V、0〜10V、一5〜5V或一10~10V，也可以米用标准直流信号1~5V。在0〜30mm内自行确定测量范围及精度标准。三、 系统结构在使用AD698之前我们先对位移测量系统的各个部分进行拆分，流程图如下：四、个部分结构1、音频发生器音频发生器电路原理图如下，当接通电源后三极管VT2导通导通后Ic电流从无到有，其中含有微弱的各种信号，但通过电容将高频的信号滤掉只有低频信号输出。2、传感器和差动放大器电感传感器是一种机械••电子传感器，其输入是磁芯的机械移动，输出是与磁芯位置成正比的交流电压信号。电感传感器由1个初级线圈和2个次级线圈组成，初级线圈由外部参考正弦波信号源激励,2个次级线圈反向串联。活动磁芯的移动可改变初次级线圈之间的耦合磁通，从而产生2个幅值不同的交流电压信号。串联次级线圈的输出电压随着磁芯移离中心位置而升高。加一个差放将传感器输出的微弱信号放大。因此通过测量输出电压的相位可以判断磁芯移动的方向。

saL11..522mF3、相敏检波器与滤波器镶趨拱”伽+舸口■上阎的閒单移相方'法"馬悴肯用布分saL11..522mF3、相敏检波器与滤波器镶趨拱”伽+舸口■上阎的閒单移相方'法"馬悴肯用布分M吝*a日的埼岀与輔扎和检権華m礬扎同用盘，禺节嗣时晟?th®阳曲栅愷帕不伺比抿轄相5，从而可邯亲憔議吨尝的梅禅.垃克臨呑sor.i hH泄知SWfllnIfc.Lft•R1孑31闻caC4.:7炸軀HJ3：:-W>-lotnrhK.1436率，采用载波信号作参考信号就能满足这一条件。相乘式相敏检波器的实物图如下,大器F007和R、C等构成的低通滤波器。由于通过从差放中输出的电压无法确定磁心是向上或向下移动，所以我们采用相敏检波电路，它具有辨别信号相位和选频的能力。从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了需要解调信号外，还需要输入一个参考信号。有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。参考信号应与所需解调信号具有相同的频，其中后一级是运算放4、移相器移相器的电路原理图及功能如下图五、AD698的应用1、AD698的特点AD698提供用单片电路来调理LVDT信号的完整解决方案，其直流电压输出正比于LVDT的位移变化；AD698能够适用于多个不同类型的IVDT,如半桥式LVDT、同名端反相串联4线输出式LVDT等；AD698能够产生的激励信号频率为20—20kHz,这个频率取决于他的外接电容器。其输出电压有效值可达24V,能够直接驱动LVDT的初级激磁线圈,LVDT的次级输出电压有效值可以低于100mV;AD698采用比值译码方案,温度变化不会影响电路的整体性能；一个AD698可以串联或并联驱动多个LVDT,激励输出具有热保护功能。AD698外形图如下：28-PinPLCC28-PinPLCC21-PinCerdip-VsEXC11■OFFSET1EXC2-VsEXC11■OFFSET1EXC2OFFSET?LEV1ISIGREFLEVSSIGOUTFREQ1ITOPVIEWFEEDBACKFREQSWottoScale]OUTFILTBFILT1a"AFILT1BFILT2n乔AFILT2-BINw15-ACOMPtBIMn14-AIMi]#AIN4 3]212612?2&/■52524TADS9B2U靠TOPVIEW??(Notto?1=*111空LEVILEV2FREQ1FREQ2NCBFIILT1BFILT2NCSIGREFSIGOUTFEEDBACKOUTFILIAFILT1AFILT2NO=HOCONNECTAD698与LVDT连接的功能框图如下:遜古器T^~遜古器T^~|电压参考2、AD698的工作原理AD698首先驱动LVDT,然后读出LVDT的输出电压并产生一个与磁芯位置成正比的直流电压信号。AD698用一个正弦波函数振荡器和功率放大器来驱动LVDT，并用二个同步解调级来对初级和次级电压进行解码，解码器决定了输出电压与输入驱动电压的比率（A/B）。滤波级和放大器可按比较整输出结果。振荡器中包含一个多谐振荡器，该多谐振荡器产生一个三角波，并驱动正弦波发生器产生一个低失真的正弦波，正弦波的频率和幅值由一个电阻器和一个电容器决定。输出频率在20Hz〜20kHz可调，输出有效幅值在2V〜24V可调。总谐波失真的典型值是50dB。AD698通过同步解调输入幅值A（次级线圈侧）和一个固定的参考输入B（初级线圈侧或固定输入）。早期解决方案的共同问题是驱动振荡器幅值的任何漂移都会直接导致输出增益的错误。AD698通过计算LVDT输出与输入激励的比率消除了所有的偏移影响，从而避免了这些错误。AD698不同于AD598型的LVDT信号调理器，因为它实现了一个不同的电路传递函数，并且不要求LVDT次级线圈（A+B）是一个随行程长度而定的常量。AD698的输入包括二个独立的同步解调通道A和B。B通道用来监测驱动LVDT的激励信号，A通道的作用与之相同，但是它的比较器引脚是单独引出来的。因为在LVDT处于零位的时候，A通道可能达到0V，所以A通道解调器通常由初级电压（B通道）触发。另外，可能还需要一个相位补偿网络给A通道增加一个相位超前或滞后量，比此来补偿LVDT初级对次级的相位偏移。一旦二次通道信号被解调和滤波后，再通过一个除法电路来计算比率A/B，除法器的输出是一个矩波信号。当A/B等于1时，矩形波的占空比为100%。输出放大器测量500pA的参考电流并把它转化成一个电压值。当IREF=500pA时，其传递函数如下：VOUT=IREFxA/BxR2差动电感式位移传感器的测量原理DGC-6PG/A差动电感式位移传感器由中原量仪生产的一款旁向式的位移测量头。他的激励频率在10kHz左右，激励电压的有效值为2V，灵敏度为70mV/V/mm,总行程为1.5mm。他产生的电信号输出与铁芯的位移成正比。他在不锈钢壳内布置1个初级线圈，并在其左右各布置1个次级线圈，呈对称分布。铁芯在线圈组内穿梭，当通过外部交流电源给初级线圈通电后，两个反相连接的次初级线圈中将产生极性相反的电压。因此，两个电压之差即为LVDT的净输出值，当铁芯位于中间或零位，净输出为零。当铁芯离开零位，铁芯所趋向的次级线圈的电压相应增加。同时，另一侧线圈的感应电压相应降低。芯的运动产生随位移变化而变化的线性压差输出值。当铁芯从零位的一侧移至另一侧时，输出电压的相位将出现180°突变；当初级绕组由恒定电压供电时，其等效电路如图2所示。如果次级绕组的总电阻用R2表示，由图2利用网孔分析法可得方程组：rEi=人（局斗近J+JN—.Mi+顽’〉⑵出=焉；.卡心"凤=%4-备+R*—i山由方程组（2）得：/ _ ■ 贰辄十J u_ 2瓯〕一 隅匸周J-卜毗Lr +岳民基于AD698的位移测量系统的电路图如下t-K67101112+VsEXCIOFFSE