AD698在RVDT傳感器測量中的應用

摘要：簡(jiǎn)要介紹了AD698的工作原理，對AD698在RVDT傳感器測量中的具體應用進(jìn)行了研究。根據傳感器使用要求，進(jìn)行了詳細的參數分析和電路設計。設計從電源、信號濾波、輸入輸出范圍、信號傳輸連接各方面采取了提高測量準確性的可靠性措施，最終達到了理想的效果。

關(guān)鍵詞：AD698；RVDT傳感器；測量；可靠性

LVDT表示差動(dòng)變壓位移傳感器，是一種機電元件，一般由一個(gè)鐵芯、一個(gè)初級線(xiàn)圈和二個(gè)次級線(xiàn)圈組成。外部正弦波信號源激勵初級線(xiàn)圈，通過(guò)初級線(xiàn)圈與次級線(xiàn)圈弱電磁耦合，使得鐵芯的位移變化量與輸出電壓變化量呈精密線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)電壓測量即可獲得位移信息。

RVDT(Rotary Variable Differential Transformer)是旋轉可變差動(dòng)變壓器縮寫(xiě)，屬于角位移傳感器。

它采用與LVDT相同的差動(dòng)變壓器式原理，即把機械部件的旋轉傳遞到角位移傳感器的軸上，帶動(dòng)與之相連的鐵芯，通過(guò)改變線(xiàn)圈中的感應電壓，輸出與旋轉角度成比例的電壓信號。

RVDT的初級和次級線(xiàn)圈是完全隔離的，為非接觸設計，具有無(wú)限分辨率、使用壽命長(cháng)，精度高的特點(diǎn)，可實(shí)現360°轉動(dòng)測量，廣泛應用于鐵路、航天航空、機械、建筑等領(lǐng)域，實(shí)現閥門(mén)開(kāi)度和精密位移的測量和反饋控制。

RVDT傳感器位移檢測電路主要包括激勵信號產(chǎn)生電路和信號調理電路，傳統的電路設計采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路，這2種測量方法都是用分立電子元件搭成的，電路復雜，不易調試。AD698線(xiàn)性位移差分變壓器信號調理芯片彌補了這方面的缺陷，電路集成度高并且輸出增益可調。

1 AD698的特點(diǎn)

AD698是美國ADI公司生產(chǎn)的單片式線(xiàn)性位移差分變壓器信號調理系統。AD698與RVDT／LVDT配合，能夠高精確性、可重復性的將RVDT／ LVDT的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓。AD698具有RVDT／LVDT檢測電路所有必不可少的電路功能，只要增加幾個(gè)外接元源元件來(lái)確定激磁頻率和增益，就能把RVDT／LVDT的原始輸出信號轉換為一個(gè)比例直流信號，消除原邊驅動(dòng)的幅度漂移所導致的比例系數誤差，改善測量的溫度性能和穩定性。

AD698的主要特點(diǎn)有：

1)內含晶振和參考電壓源，只需附加極少量的無(wú)源元件就可實(shí)現位置的機械變量到直流電壓的轉換，并且無(wú)需校準。提供用單片電路來(lái)調理RVDT信號的完整解決方案，其直流電壓輸出正比于RVDT的角度變化；

2)器件的輸入電壓、輸出電壓及頻率適應范圍寬；能夠適用于不同類(lèi)型的RVDT，如半橋式、同名端反相串聯(lián)4線(xiàn)輸出式等；

3)器件能夠產(chǎn)生的激勵信號頻率為20～20 kHz，這個(gè)頻率取決于他的外接電容器。其輸出電壓有效值可達24 V，能夠直接驅動(dòng)LVDT的初級激磁線(xiàn)圈，LVDT的次級輸出電壓有效值可以低于100mV；

4)器件采用比值譯碼方案，振蕩器的幅值隨溫度變化不會(huì )影響電路的整體性能；

5)輸出激勵源負載能力強，且具有熱保護功能；

6)利用獨特的比率架構來(lái)消除傳統LVDT接口方法的多個(gè)弊端。具有無(wú)需調整；溫度穩定性提高；傳感器互換性得以改善的優(yōu)勢。

2 AD698的工作原理

AD698用1個(gè)正弦波函數振蕩器和功率放大器驅動(dòng)RVDT，并用2個(gè)同步解調器對初級和次級電壓進(jìn)行解調，再通過(guò)一個(gè)除法電路來(lái)計算比率A／B，其后的濾波器和放大器可按比例調整輸出結果。輸出放大器測量500μA的參考電流并把他轉化成一個(gè)電壓值，從而得到一個(gè)與RVDT ／LVDT磁芯位置成正比的直流電壓信號，其功能框圖如圖1所示。

AD698產(chǎn)生固定頻率和幅度的正弦激勵信號VEXC，VEXC輸出驅動(dòng)RVDT／LVDT初級線(xiàn)圈，并用二個(gè)同步解調級來(lái)對初級和次級電壓進(jìn)行解碼，解碼器決定了輸出電壓與輸入驅動(dòng)電壓的比率(A／B)，A／B的比值經(jīng)濾波及放大后輸出。

AD698內置一個(gè)低失真正弦波振蕩器，用來(lái)驅動(dòng)RVDT／LVDT初級線(xiàn)圈。兩個(gè)同步解調通道用于檢測初級和次邊幅度。該器件將次級邊的輸出除以初邊的幅度，然后乘以一個(gè)比例系數。這樣可以消除初級邊驅動(dòng)的幅度漂移所導致的比例系數誤差，改善溫度性能和穩定性。 激勵正弦波的頻率和幅值由一個(gè)電阻器和一個(gè)電容器決定。輸出頻率在20 Hz～20 kHz可調，輸出有效幅值在2～24 V可調。

AD698的輸入包括二個(gè)獨立的同步解調通道A和B。B通道用來(lái)監測驅動(dòng)RVDT／LVDT的激勵信號，A通道的作用與之相同，但是它的比較器引腳是單獨引出來(lái)的。因為在RVDT／LVDT處于零位的時(shí)候，A通道可能達到0 V，所以A通道解調器通常由初級電壓(B通道)觸發(fā)。另外，可能還需要一個(gè)相位補償網(wǎng)絡(luò )給A通道增加一個(gè)相位超前或滯后量，比此來(lái)補償RVDT／LVDT初級對次級的相位偏移。

AD698通過(guò)同步解調輸入幅值A(次級線(xiàn)圈側)和一個(gè)固定的參考輸入B(初級線(xiàn)圈側)，消除了所有的偏移影響。

信號被解調和濾波后，通過(guò)一個(gè)除法器來(lái)計算比率A／B，除法器的輸出是一個(gè)矩波信號。當A／B等于1時(shí)，矩形波的占空比為100％。輸出放大器測量500 μA的參考電流并把它轉化成一個(gè)電壓值。當參考電流為500μA時(shí)，AD698輸出的傳遞函數為：

Vn=500μAxA／BxR2

其中R2為輸出增益電阻。