電感式位移傳感器電路系統的設計方案

2.2 運算放大電路及濾波輸出電路

針對傳感器輸出信號特點(diǎn)， 設計了基于A(yíng)D698芯片的信號轉換電路。 AD698是一種高精度線(xiàn)性差分式位移變壓器（LVDT） 專(zhuān)用信號調整電路，可同時(shí)接收兩路差動(dòng)交流電壓信號。圖2為采用AD698對傳感器進(jìn)行信號轉換的工作原理圖。

AD698用一個(gè)正弦波函數振蕩器和功率放大器來(lái)驅動(dòng)傳感器初級線(xiàn)圈，并用兩個(gè)同步解調器對初級和次級電壓進(jìn)行解碼，經(jīng)過(guò)濾波和放大后最終輸出直流電壓信號；AD698經(jīng)過(guò)同步解調可得到次級線(xiàn)圈輸出電壓值和初級線(xiàn)圈輸出的參考電壓值，通過(guò)計算A /B的比例并以此設置外部元件參數，可實(shí)現零位電壓漂移補償，從而滿(mǎn)足測量的精度要求；AD698的輸入電壓和輸出電壓范圍較廣（均可達到正、負電壓的輸入與輸出） , 可實(shí)現測頭從零位到最大位移量及從最大位移量回到零位的測量，擴大了測量范圍。

運算放大電路及濾波輸出電路對經(jīng)轉換后的信號不同的交流電壓進(jìn)行進(jìn)一步調節，可很好地匹配AD698芯片，并滿(mǎn)足下一級電路的處理需求。濾波輸出電路由一個(gè)二階“Π”型濾波電路構成，在滿(mǎn)足濾波精度要求的前提下，可保證較短的延遲時(shí)間。

2.3 窗口電壓比較電路

窗口電壓比較電路的功能是實(shí)時(shí)顯示測頭運動(dòng)狀態(tài)。它由多個(gè)不同參數的比較電路單元構成，將濾波輸出后的電壓信號分別與每個(gè)比較單元的參考電壓值進(jìn)行比較，從而實(shí)時(shí)反映測頭不同的運動(dòng)狀態(tài)。

結合外接信號燈及蜂鳴器，可判斷測頭工作狀態(tài)，并對測頭作出相應控制，進(jìn)而防止測頭因過(guò)量程運動(dòng)造成的危險，提高測量安全性。這里設置的測頭運動(dòng)狀態(tài)分別為安裝狀態(tài)、檢測狀態(tài)和報警狀態(tài)。

2.4量程切換電路

量程切換電路的功能是將電壓信號以對應電表不同量程的位移值顯示，從而提供直觀(guān)的測量結果。量程切換電路由三個(gè)不同放大倍數的放大電路組成，外接電表（以電壓值對應的位移量顯示） 以實(shí)現輸出電壓值對應傳感器位移量的顯示。量程切換電路的放大倍數分別對應電表的不同量程，通過(guò)電路電阻參數的設置可實(shí)現測頭500, 150, 30μm三檔量程選擇。

3 試驗驗證

用一等環(huán)規檢定裝置和數字電壓表對測頭的左、右齒面位移測量進(jìn)行標定，標定方法采用靜態(tài)特性標定法，標定試驗記錄見(jiàn)圖3、圖4.圖中，k1 , k2 分別表示測頭從零位運動(dòng)到最大位移量和從最大位移量運動(dòng)回零位測頭的靈敏度。

標定公式如下：

式中： U為測頭電路系統輸出電壓值，V; k為測頭靈敏度，mV /mm; S 為測頭位移量，mm; b為零位電壓值偏移量，mV。

圖3 左齒面測量數據曲線(xiàn)

圖4 右齒面測量數據曲線(xiàn)