LVDT：一種簡單而又準(zhǔn)確的位置傳感器(05-100)

　　表1 各種技術(shù)的比較

　　圖2(B)的LVDT稱為標(biāo)準(zhǔn)頭結(jié)構(gòu)。它有一個(gè)安裝螺紋,一個(gè)裝有彈簧或空氣壓縮返回裝置的線圈架以及線性支承,用于線圈對(duì)齊。標(biāo)準(zhǔn)頭結(jié)構(gòu)具有便于安裝和對(duì)齊的優(yōu)點(diǎn)。既使機(jī)械元件最終會(huì)部分磨損,亦不影響傳感器的精度。

　　LVDT鐵芯是由相對(duì)高導(dǎo)磁率配方的鐵鋁合金制作的,并經(jīng)熱處理來確保沿長度的均勻?qū)Т怕?。鐵芯帶有供安裝用的內(nèi)螺紋。為了獲得均勻的導(dǎo)磁率,熱處理應(yīng)在鐵芯切割成所需的長度并車上螺紋后進(jìn)行。在鐵芯和被測體之間連接有鐵芯延長棒,延長棒用低導(dǎo)磁率材料制作,此如塑料、鋁、黃銅、不銹鋼等。

　　實(shí)用電路

　　LVDT的工作電路稱為調(diào)節(jié)電路或信號(hào)調(diào)節(jié)器。一個(gè)典型的調(diào)節(jié)電路應(yīng)包括穩(wěn)壓電路、正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和一個(gè)放大器(圖3)。

　　圖3 LVDS信號(hào)調(diào)理電路

　　圖4 (A)簡單二極管解調(diào)器 (B) 同步解調(diào)器

　　正弦波發(fā)生器應(yīng)具有恒定的幅度和頻率,且不受時(shí)間和溫度的影響。正弦可用文氏電橋產(chǎn)生,或用方波、階梯波經(jīng)濾波產(chǎn)生、或用其它合適的方法產(chǎn)生。

　　解調(diào)器可以是一個(gè)簡單的二極管結(jié)構(gòu),也可以用同步解調(diào)器(圖4)。當(dāng)LVDT次級(jí)線圈的交流輸出大于1VF.S時(shí),使用圖4(A)的簡單二極管解調(diào)器;如果信號(hào)幅度低于此值,由于兩個(gè)二極管正向電壓的差異,會(huì)存在溫度敏感問題,但對(duì)較大的信號(hào)電壓,二極管誤差的影響并不明顯。

　　在圖4(B)的同步解調(diào)器中,兩個(gè)場效應(yīng)管交替地開關(guān),其定時(shí)與為初級(jí)供電的正弦波同步。在初級(jí)與解調(diào)器開關(guān)間所需相移量取決于LVDT指標(biāo)和LVDT與信號(hào)調(diào)節(jié)器間的導(dǎo)線長度。

　　正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和放大電路已組合成商品化IC,使用這些器件將極大地簡化LVDT信號(hào)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外,細(xì)間距封裝的標(biāo)準(zhǔn)模擬和數(shù)字器件的出現(xiàn),使電路設(shè)計(jì)更加簡化,并可固定在LVDT外殼的內(nèi)部。

　　相關(guān)技術(shù)的比較

　　如上所述,LVDT具有諸多卓越的品質(zhì)。它的主要限制是,為得到線性性能,傳感器的外殼要比行程長,還有輸出信號(hào)對(duì)輸入被測量存在一定的非線性。表1列出LVDT的典型性能參數(shù)以及與其它相關(guān)技術(shù)的對(duì)照。

　　采用專門的調(diào)節(jié)技術(shù),可以改進(jìn)行程對(duì)外殼的長度比和非線性問題,其中一個(gè)技術(shù)就是增加微控制器進(jìn)行校正。LVDT具有良好的重復(fù)性,這一技術(shù)是可行的。

　　LVDT也可制作成旋轉(zhuǎn)器件,工作方式與線性模型相似,只是加工后的鐵芯沿曲線路徑移動(dòng),全量程的行程可達(dá)120o旋轉(zhuǎn)。

　　結(jié)語

　　雖然LVDT已問世多年,但它仍不失為很多位置傳感問題行之有效的解決方案。堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)提供高可靠性,而其性能十分適合行程小于±3in的多數(shù)應(yīng)用?！?東華)