基于單片機(jī)的LVDT位移測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)

　　圖4差動(dòng)變壓器傳感器安裝示意圖

　?。?）差動(dòng)變壓器的原理圖已印刷在實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希琇1為初級(jí)線圈；L2、L3為次級(jí)線圈；*號(hào)為同名端。按圖2-3接線，差動(dòng)變壓器的原邊L1的激勵(lì)電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入，檢查接線無誤后合上總電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4-5KHz（可用主機(jī)箱的頻率表輸入Fin來監(jiān)測(cè)）；調(diào)節(jié)輸出幅度峰峰值為Vp-p=2V（可用示波器監(jiān)測(cè)：X軸為0.2ms/div）。

　　圖5差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線圖

　　3.3放大電路的設(shè)計(jì)

　　傳感器輸出電壓為0~50mV,而A/D轉(zhuǎn)換器所能處理的電壓是0~5V,所以必須在A/D轉(zhuǎn)換器前加入一個(gè)前置差動(dòng)放大電路以實(shí)現(xiàn)電壓的放大，放大倍數(shù)為100倍，使輸出電壓為0~5V. 由于單運(yùn)放在應(yīng)用中要求外圍電路匹配精度高、增益調(diào)整不便、差動(dòng)輸入阻抗低，故采用三運(yùn)放結(jié)構(gòu)。

　　三運(yùn)放結(jié)構(gòu)具有差動(dòng)輸入阻抗高、共膜抑制比高、偏置電流低等優(yōu)點(diǎn)，且有良好的溫度穩(wěn)定性，低噪單端輸出和和增益調(diào)整方便，適于在傳感器電路中應(yīng)用。 如圖6所示，圖中 RG為增益調(diào)節(jié)電阻，整個(gè)芯片僅R5為外接電阻，而運(yùn)放A1 為增益為100的差動(dòng)輸入放大器。

　　電壓的放大倍數(shù)：可由公式得出倍數(shù)。因此我們可以改變R2和 R1的比值來改變放大倍數(shù)。

　　量程的確定：轉(zhuǎn)動(dòng)20圈 進(jìn)給10mm 電壓變化 0.52V

　　靈敏度：

　　根據(jù)電壓得量程是 +1.7V ~-1.7V 可以由上面公式得出距離d得量程是 +16.35mm~-16.35mm.

　　圖6放大電路硬件原理圖

　　3.4采集電路的設(shè)計(jì)

　?。?）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是計(jì)算機(jī)，他對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理，他由采樣/保 持器，放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，計(jì)算機(jī)組成。

　　圖7數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)框圖

　?。?）數(shù)據(jù)采樣保持器

　　進(jìn)行模數(shù)變換時(shí)，從啟動(dòng)變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時(shí)間，即A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時(shí)間。當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高，由于孔徑時(shí)間的存在，會(huì)造成較大的轉(zhuǎn)換誤差；為了防止誤差需在中間加一個(gè)功能器件采樣/保持器，進(jìn)行有效、正確的數(shù)據(jù)采集。 采樣/保持器通常由保持電容器、模擬開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。采樣保持器的原理：如圖8,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，V1通過限電流電阻向電容C充電，在電容值合理的情況下，V0隨Vi的變化而變化；當(dāng)K斷開時(shí)，由于電容C有一定的容量，此時(shí)輸出V0保持輸入信號(hào)再開斷開瞬間的電平值。

　　圖8采樣保持原理圖

　?。?） AD0809的工作原理與連接

　　AD轉(zhuǎn)換器與8031單片機(jī)相連接，將IN0的輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。從而可以輸入8031進(jìn)行下一步處理。采用逐位逼近式的AD轉(zhuǎn)換器。其原理如下圖：

　　圖9AD0809的原理圖

　　當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)在控制邏輯作用下。首先是寄存器的最高位D3=1 ,其余為0,此數(shù)字量1000經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器換成模擬量8,送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換地模擬量進(jìn)行比較控制邏輯根據(jù)比較器輸出進(jìn)行判斷，當(dāng)Vin3Vo,則保留D3=1,再對(duì)下一位D2進(jìn)行比較，同樣先使D2=1,與D3一起即1100進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行比較，以此進(jìn)行比較，到最后一位D0.