基于單片機的LVDT位移測量傳感器設計

　　0 引言

　　常規的測試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統的電子測量?jì)x器在遠離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現了各種各樣的智能儀器控制系統，使得科學(xué)實(shí)驗和應用工程的自動(dòng)化程度得以顯著(zhù)提高。

　　本文設計的電子秤以單片機為主要部件，用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設計，硬件則以差動(dòng)變壓器式（LVDT）位移傳感器為主，測量0~10mm.傳感器輸出的電量是模擬量，數值比較小達不到A/D轉換接收的電壓范圍。所以送A/D轉換之前要對其進(jìn)行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉換的結果才能送單片機進(jìn)行數據處理并顯示。

　　1 設計目的

　　差動(dòng)變壓器式（LVDT）位移傳感器廣泛應用于工業(yè)現場(chǎng)和測試領(lǐng)域，如過(guò)程檢測和自動(dòng)控制、形變測量等，適用于油污、光照等惡劣環(huán)境。這種傳感器可靠而耐用，但選用它監控機械位移量，還需設計與傳感器配套的測量裝置 研制開(kāi)發(fā)的位移測量裝置適用于工業(yè)現場(chǎng)和多種測試領(lǐng)域。按照使用的要求，系統可實(shí)現：有效量程10mm,精度0.0lmm; LED同時(shí)顯示1-4路測量值；零點(diǎn)值重置等功能。 通過(guò)本文夫人設計，達到以下三點(diǎn)：

　?。?）通過(guò)本次課程設計加深對差動(dòng)變壓器電感傳感器在工程實(shí)踐中的應用的了解；

　?。?）掌握用這種傳感器組成位移測量系統的原理和方法；

　?。?）進(jìn)一步掌握這種傳感器的性能特點(diǎn)和工程應用。

　　2 系統設計原理

　　本系統采用內含4KB程序存儲器的8位單片微型計算機89C51,其內部4KB程 序存貯器可以滿(mǎn)足本系統的需求，同時(shí)可以較大限度地減少外圍器件；按照有效量程和精度，本系統選用國內廠(chǎng)家的配套產(chǎn)品 AC-LVDT傳感器；使用四組（每組5個(gè)）LED七段數碼管同時(shí)顯示四路測量值；用于過(guò)程控制的信號采樣應較快，應采用較高速的A/D轉換器。主程序流程圖、系統原理圖分別如圖1、圖2所示。

　　圖1主程序流程圖

　　圖2系統原理圖

　　3 硬件電路設計

　　3.1傳感器的工作原理

　　差動(dòng)變壓器由一只初級線(xiàn)圈和二只次線(xiàn)圈及一個(gè)鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗采用三段式結構。當差動(dòng)變壓器隨著(zhù)被測體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著(zhù)軸向位移，從而使初級線(xiàn)圈和次級線(xiàn)圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線(xiàn)圈感應電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應電勢增加，另一只感應電勢則減少，將兩只 次級反向串接（同名端連接），就引出差動(dòng)電勢輸出。利用兩個(gè)線(xiàn)圈之間互感的變化引起感應電勢的變化，來(lái)獲得與被測量成一定函數關(guān)系的輸出電壓，實(shí)現非電量的測量。應用最多的是螺線(xiàn)管式差動(dòng)變壓器，它可以測量1~100（mm）范圍內的機械位移、150HZ

　　以下的低頻振動(dòng)、加速度、應變、比重、張力、厚度、稱(chēng)重等一、切能引起機械位移變 化的非電物理量。

　　圖3測量原理框圖

　　本次差動(dòng)變壓器的原理是建立在CSY2000型傳感器實(shí)訓臺的基礎上的。差動(dòng)變壓器電感傳感器具有結構簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、測量精度高、靈敏度高和價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.2差動(dòng)變壓器傳感器安裝

　?。?）將差動(dòng)變壓器和測微頭（參照附：測微頭使用）安裝在實(shí)驗模板的支架座上，如下圖4所示。