電感式位移傳感器電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

隨著傳感器技術(shù)的成熟發(fā)展，傳感器已廣泛應(yīng)用于各種測(cè)量裝置中。在很多幾何量測(cè)量裝置中，位移傳感器是不可或缺的組成部分。如Mahr公司生產(chǎn)的891EA齒輪測(cè)量中心是一款較早實(shí)現(xiàn)電子展成的測(cè)量中心，它采用的測(cè)頭是旁向位移測(cè)頭，該測(cè)頭的傳感器即為一維電感式位移傳感器。原測(cè)頭電路系統(tǒng)由于硬件局限性，線性測(cè)量范圍小，精度不高，已無法滿足891EA的測(cè)量需求。

本文結(jié)合傳感器的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了測(cè)頭電路系統(tǒng)，它不僅能滿足測(cè)量中心的機(jī)械動(dòng)作，并在完成原電路測(cè)量功能基礎(chǔ)上提高了測(cè)量精度，擴(kuò)大了測(cè)頭的檢測(cè)范圍，提高了測(cè)量的安全性；同時(shí)，將測(cè)頭電路系統(tǒng)與A /D卡配接，可在計(jì)算機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)功能。

本文介紹了一種電感式位移傳感器的電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)以一片AD698芯片為信號(hào)調(diào)整電路的核心，將位移量輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓值，并結(jié)合其它一系列電路模塊實(shí)現(xiàn)了測(cè)頭位移量測(cè)量。通過對(duì)測(cè)頭的標(biāo)定試驗(yàn)證明該系統(tǒng)精度高、線性測(cè)量范圍大。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1 測(cè)頭電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1為測(cè)頭電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。測(cè)頭電路系統(tǒng)主要由信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大電路、濾波輸出電路、量程切換電路和窗口電壓比較電路五部分組成。傳感器輸出交流電壓信號(hào)，電壓值與傳感器磁芯位置成正比，經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓信號(hào)。

運(yùn)算放大電路對(duì)直流電壓信號(hào)進(jìn)行放大，以滿足后續(xù)電路的電壓需求；放大后的直流信號(hào)經(jīng)過濾波輸出電路輸出到A /D 卡，在計(jì)算機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)；同時(shí)，濾波信號(hào)經(jīng)量程切換電路，將直流電壓信號(hào)以對(duì)應(yīng)電表不同量程的位移值得以顯示，從而提供直觀的測(cè)量結(jié)果；濾波信號(hào)經(jīng)窗口電壓比較電路可檢測(cè)到測(cè)頭位移狀態(tài)，分別以檢測(cè)、安裝、報(bào)警等狀態(tài)顯示輸出，保證了安裝和檢測(cè)過程的安全。

2 主要功能模塊

2.1 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路

信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的功能是將傳感器輸出的交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)直接影響到整個(gè)測(cè)頭電路系統(tǒng)的測(cè)量精度，是測(cè)頭電路系統(tǒng)的核心部分。

傳感器為線性差分式位移傳感器，它的輸入為磁芯的機(jī)械位移，輸出為與磁芯位置成正比的交流電壓信號(hào)。傳感器初級(jí)線圈由外部參考正弦波信號(hào)源激勵(lì)，兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)，磁芯的移動(dòng)可改變初級(jí)線圈之間的耦合磁通，從而產(chǎn)生兩個(gè)幅值不同的交流電壓信號(hào)。

圖2　AD698工作原理圖