电感式位移传感器如何工作的

电感式位移传感器如何工作的

线性位移传感器本质上是一个微型变压器,具有一个初级绕组、两个对称缠绕的次级线圈和一个在精密轴承导轨中沿其线性轴自由移动的电枢铁芯。推杆将被监测部件连接到电枢铁芯,使得该部件的位移使铁芯偏离中心。

典型的 LVDT 传感器具有三个端对端排列的螺线管线圈,围绕管子。初级线圈在中心,次级线圈在顶部和底部。位置测量对象附着在圆柱形铁芯上,并沿管轴滑动。交流电驱动初级线圈,在两个次级线圈中感应出与连接铁芯的长度成比例的电压。频率范围通常为 1 到 10 kHz。

铁芯的移动触发了从初级线圈到两个次级线圈的连接,从而改变了感应电压。顶部和底部次级输出电压差是校准零相位的移动。使用同步检测器读取与位移相关的带符号输出电压。LVDT 线性传感器最长可达几英寸,用作可重复和可再现的绝对位置传感器。其他动作或动作不会改变测量精度。LVDT 的可靠性也很高,因为滑芯不接触管的内部,并允许传感器处于完全密封的环境中。

LVDT 是一种交流设备,这意味着需要电子设备将其输出转换为有用的直流信号。有两个混合模块是 LVDT 信号处理的基础;一个振荡器和一个解调器。

振荡器旨在为驱动换能器提供稳定的正弦波,并为解调器提供方波参考。解调器旨在放大传感器的输出,并将其转换为与位移成正比的高精度直流电压。

为了操作线性传感器,必须用正弦波驱动初级,次级的输出由正弦波组成,位置信息包含在幅度和相位中。行程中心的输出为零,在行程的任一端上升到最大幅度。输出在行程的一端与主驱动器同相,而在另一端则异相。

在高质量的线性位移传感器中,位置和相位/幅度之间的关系是线性的。振荡器和解调器使位置和相位/幅度之间的转换变得容易。

振荡器说明

振荡器的作用是提供准确的正弦波电压来驱动换能器,在幅度和频率上都很稳定。它还提供方波相位参考,以供内部使用和在解调器中设置零。振荡器的工作原理如下。驱动换能器的正弦波由内部高稳定性维恩桥振荡器产生。振荡器的频率通过连接引脚或添加外部电阻器来设置。然后正弦波通过功率放大器,以提供足够的电流来驱动大多数传感器 (50mA),而无需外部缓冲器。功率放大器包含保护电路,因为在大多数传感器工作的环境中很可能发生短路。

正弦波输出到换能器,并在内部用于生成方波,用于参考解调器的相位。振荡器输出由远程感应输入监控,这样可以考虑传感器引线中的电压降。该输入由方波采样,并与幅度调节器中的参考输入进行比较,以将振荡器电压保持在固定电平。参考输入取自参考输出或比率输出。使振荡器电压固定或与电源电压成比例。

LDVT信号解调和滤波
LDVT信号解调和滤波

解调器说明

解调器的功能是获取传感器的交流输出并将其转换为与位移、负载等成比例的有用直流电压。它还包含能够调节增益和零位的电路,以适应各种传感器。

解调器的工作原理如下。换能器的输出被馈入粗略增益选择电路,然后被放大。如果使用 x10 选项,该放大器的增益可以为 25 或 250,额外的增益允许与低输出传感器(如应变计)一起工作。

用交流信号做主放大意味着减少了电路的漂移。然后将高电平交流信号传递到相位同步解调器,该解调器使用来自振荡器的方波将其转换为带有一些叠加交流的直流电压。然后通过低通滤波器馈入,该滤波器去除大部分交流分量,留下稳定的直流电压,并带有轻微的纹波。低通滤波器包括用于设置粗调零、细调零和微调增益的电路,并且还具有可以改变滤波器特性的连接。