LVDT數字解調方法研究

摘要：給出一種基于LVDT的數字解調系統。為了準確地測量鐵芯的位置，提出了以基于FPGA的嵌入式系統平臺的數字解調系統。與以往方法不同的是不僅對所得次級線(xiàn)圈信號采用加減法，還采用比率檢測方法，通過(guò)多點(diǎn)的測量得到其線(xiàn)性系數。運用線(xiàn)性插值算法計算誤差修正表，并且運用一種映射關(guān)系得出鐵芯的真實(shí)位移值，克服了模擬電路的種種缺點(diǎn)，大大減小誤差，還提高了線(xiàn)性度。通過(guò)實(shí)驗證明，此數字解調系統精度最高可達萬(wàn)分之三。
關(guān)鍵詞：LVDT；數字解調；FPGA；鐵芯

差動(dòng)變壓器式位移傳感器(Inear Variable Differential Transformer，LVDT)采用電磁感應原理測量微小位移。一般情況下，對電感位移傳感器(LVDT)常用的信號檢測方法是運用載波放大器來(lái)完成的，載波放大器又是由解調電路模塊、交流放大模塊、低通濾波功能模塊和常用的振蕩器組成的。簡(jiǎn)單的方法就是從每個(gè)次級線(xiàn)圈得到調幅連續電壓，通過(guò)整流、相減，通過(guò)輸出的直流電壓來(lái)表明鐵芯的位置。這種方法中的原始信號經(jīng)過(guò)了整流、加減等中間環(huán)節才得到直流電壓信號，這樣會(huì )使誤差很大，不能得到精確的鐵芯位置。

1 LVDT鐵芯位移測量原理
LVDT的結構如圖1所示。

采用環(huán)氧樹(shù)脂，不銹鋼等材料作為線(xiàn)圈骨架，用不同線(xiàn)徑的漆包線(xiàn)在骨架上繞制線(xiàn)圈。與傳統的電力變壓器不同，LVDT是一種開(kāi)磁路弱磁耦合的測量元件：在骨架上繞制1個(gè)初級線(xiàn)圈，2個(gè)次級線(xiàn)圈。其工作方式是當鐵芯由中間向兩邊移動(dòng)時(shí)，次級兩個(gè)線(xiàn)圈輸出的電壓之差與鐵芯移動(dòng)成線(xiàn)性關(guān)系，如圖2所示。

線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器(LVDT)主要由一個(gè)鐵芯和兩個(gè)線(xiàn)圈組成，由于無(wú)滑動(dòng)觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，且功耗低，壽命長(cháng)。LVDT的初級線(xiàn)圈需施加正弦交流激磁電壓，對激磁電壓的要求主要是激磁頻率、電壓幅值和功率3方面。該系統的硬件實(shí)體簡(jiǎn)稱(chēng)為變送器。利用由現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)制作的變送器來(lái)驅動(dòng)LVDT的初級線(xiàn)圈，并采集LVDT的2個(gè)次級線(xiàn)圈的輸出信號Va和Vb，該變送器包括由閃存或SRAM構成的存儲器、驅動(dòng)LVDT初級線(xiàn)圈的數／模轉換器(D／A)、采樣LVDT2個(gè)次級線(xiàn)圈的2個(gè)模／數轉換器(A／D)，以及數字輸出模塊、包括信號解調算法和與上位機通信程序的變送器軟件；將采集到的LVDT兩個(gè)次級線(xiàn)圈的輸出信號Va和Vb作S=(Va-Vb)／(Va+Vb)的數字解調處理，利用LVDT鐵芯的實(shí)際位移量與S之間的映射關(guān)系來(lái)實(shí)現對LVDT的信號檢測。