AD698在DGC-6PG/A差動(dòng)電感式位移傳感器中的應用

LVDT(Linear Variable Differential Transformer，線(xiàn)性可調差接變壓器)是由霍德利(G.B.Hoadley)于1940年獲得的專(zhuān)利。他的原理，當鐵磁性磁心受到與用于檢測的移動(dòng)部分相連的非鐵磁桿拖曳沿他的內部移動(dòng)時(shí)，初級繞組與2個(gè)次級繞之間的互感將發(fā)生變化。當初級繞組由交流電壓供電時(shí)，鐵磁性磁心的位置的變化就會(huì )引起同名端反相串聯(lián)的2個(gè)次級繞組之間感應的電壓之差的變化。這樣通過(guò)檢測電壓差就可以確定非鐵磁桿的移動(dòng)量。因此，LVDT就可以直接用于位移的測量，也可以測量與位移有關(guān)的任何機械量，如振動(dòng)、加速度、應變、比重、張力和厚度等。同時(shí)，這個(gè)電壓差的檢測也成為急需解決的問(wèn)題。傳統的方法采用差動(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，電路比較復雜，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。

本文簡(jiǎn)要介紹AD698的工作原理，主要研究了他在差動(dòng)電感式位移傳感器中應用電路，并給出測量結果，并對結果中出現的紋波噪聲進(jìn)行了詳細的分析，提出減小紋波的改進(jìn)措施，最終達到了理想的效果。在與位移相關(guān)的機械量的測量及紋波的處理方面具有很好的應用價(jià)值。

1 AD698的特點(diǎn)及原理

AD698是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的單片式線(xiàn)性位移差分變壓器(LVDT)信號調理芯片。他與LVDT配合使用，能夠高精度、高再現性地將LVDT的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓。實(shí)現此功能的電路都集成在芯片中，只要增加幾個(gè)外接無(wú)源元件來(lái)確定激勵頻率和增益，就能把LVDT的次級輸出信號按比例地轉換成直流信號。

1.1 AD698的特點(diǎn)

(1)AD698提供用單片電路來(lái)調理LVDT信號的完整解決方案，其直流電壓輸出正比于LVDT的位移變化；

(2)AD698能夠適用于多個(gè)不同類(lèi)型的LVDT，如半橋式LVDT、同名端反相串聯(lián)4線(xiàn)輸出式LVDT等；

(3)AD698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100 mV；

(4)AD698采用比值譯碼方案，溫度變化不會(huì )影響電路的整體性能；

(5)一個(gè)AD698可以串聯(lián)或并聯(lián)驅動(dòng)多個(gè)LVDT，激勵輸出具有熱保護功能。

1.2 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)LVDT，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。當參考電流為500μA時(shí)，其輸出的傳遞函數為：

2 DGC-6PG／A差動(dòng)電感式位移傳感器的測量原理

DGC-6PG／A差動(dòng)電感式位移傳感器由中原量?jì)x生產(chǎn)的一款旁向式的位移測量頭。他的激勵頻率在10 kHz左右，激勵電壓的有效值為2 V，靈敏度為70 mV／V／mm，總行程為1.5 mm。他產(chǎn)生的電信號輸出與鐵芯的位移成正比。他在不銹鋼殼內布置1個(gè)初級線(xiàn)圈，并在其左右各布置1個(gè)次級線(xiàn)圈，呈對稱(chēng)分布。鐵芯在線(xiàn)圈組內穿梭，當通過(guò)外部交流電源給初級線(xiàn)圈通電后，兩個(gè)反相連接的次初級線(xiàn)圈中將產(chǎn)生極性相反的電壓。因此，兩個(gè)電壓之差即為L(cháng)VDT的凈輸出值，當鐵芯位于中間或零位，凈輸出為零。當鐵芯離開(kāi)零位，鐵芯所趨向的次級線(xiàn)圈的電壓相應增加。同時(shí)，另一側線(xiàn)圈的感應電壓相應降低。芯的運動(dòng)產(chǎn)生隨位移變化而變化的線(xiàn)性壓差輸出值。當鐵芯從零位的一側移至另一側時(shí)，輸出電壓的相位將出現180°突變；當初級繞組由恒定電壓供電時(shí)，其等效電路如圖2所示。