電感式位移傳感器電路系統的設計方案

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

本文結合傳感器的特點(diǎn)，設計了測頭電路系統，它不僅能滿(mǎn)足測量中心的機械動(dòng)作，并在完成原電路測量功能基礎上提高了測量精度，擴大了測頭的檢測范圍，提高了測量的安全性；同時(shí)，將測頭電路系統與A /D卡配接，可在計算機的控制下實(shí)現自動(dòng)檢測功能。

本文介紹了一種電感式位移傳感器的電路系統。該系統以一片AD698芯片為信號調整電路的核心，將位移量輸出信號轉換為相應的直流電壓值，并結合其它一系列電路模塊實(shí)現了測頭位移量測量。通過(guò)對測頭的標定試驗證明該系統精度高、線(xiàn)性測量范圍大。

1 系統結構與工作原理

圖1 測頭電路系統結構框圖

圖1為測頭電路系統結構框圖。測頭電路系統主要由信號轉換電路、運算放大電路、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，電壓值與傳感器磁芯位置成正比，經(jīng)過(guò)信號轉換電路將其轉換為相應的直流電壓信號。

運算放大電路對直流電壓信號進(jìn)行放大，以滿(mǎn)足后續電路的電壓需求；放大后的直流信號經(jīng)過(guò)濾波輸出電路輸出到A /D 卡，在計算機控制下實(shí)現自動(dòng)檢測；同時(shí)，濾波信號經(jīng)量程切換電路，將直流電壓信號以對應電表不同量程的位移值得以顯示，從而提供直觀(guān)的測量結果；濾波信號經(jīng)窗口電壓比較電路可檢測到測頭位移狀態(tài)，分別以檢測、安裝、報警等狀態(tài)顯示輸出，保證了安裝和檢測過(guò)程的安全。

2 主要功能模塊

2.1 信號轉換電路

信號轉換電路的功能是將傳感器輸出的交流電壓信號轉換為相應的直流電壓信號。信號轉換電路的設計直接影響到整個(gè)測頭電路系統的測量精度，是測頭電路系統的核心部分。

傳感器為線(xiàn)性差分式位移傳感器，它的輸入為磁芯的機械位移，輸出為與磁芯位置成正比的交流電壓信號。傳感器初級線(xiàn)圈由外部參考正弦波信號源激勵，兩個(gè)次級線(xiàn)圈反向串聯(lián)，磁芯的移動(dòng)可改變初級線(xiàn)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。

圖2　AD698工作原理圖