基于51單片機和FPGA的位移測量裝置的設計

2．2 數據處理方法分析
差動(dòng)變壓器是開(kāi)磁路，原、副邊間的互感隨磁芯移動(dòng)而做相應的變化，使輸出的兩次級線(xiàn)圈的電壓隨之發(fā)生變化，將位移的變化轉化為輸出的電壓的變化，整流后采集數據，并進(jìn)行數據處理，得到d值，圖2所示為差動(dòng)變壓器數據處理采用查表法：首先采用游標卡尺測量若干組位移值，測量的組數根據測量范圍以及測量結果來(lái)確定，并記錄下相應的d值，繪制成一張表格。在實(shí)際測量時(shí)，根據測得的d值通過(guò)查表確定位移范圍，并在這一范圍內采用分段折線(xiàn)法處理得到精確的位移值。采用查表法可精確定位移范圍，得到的數據誤差較小，精度較高。



3 單元模塊電路設計
3．1 線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器的設計
設計時(shí)應該考慮以下兩方面因素：1)能保證銜鐵工作時(shí)不會(huì )超出線(xiàn)圈之外；2)差動(dòng)變壓器靈敏度。當按匝數增加時(shí)，可使靈敏度S增加，但按匝數的增加將受到線(xiàn)圈導線(xiàn)允許電流密度、導線(xiàn)發(fā)熱的散熱情況及磁飽和等因素的約束。
綜合以上分析，線(xiàn)圈分為上、中、下3段式，長(cháng)度各為2 cm，中間部分線(xiàn)圈為初級線(xiàn)圈，上下兩部分為次級線(xiàn)圈。初、次級線(xiàn)圈的匝數比均為1：1，與之配套的磁棒長(cháng)度也為2 cm。此線(xiàn)圈在線(xiàn)性移動(dòng)范圍內效果較好，但是當移動(dòng)到邊緣部分時(shí)由于磁力線(xiàn)分散，測得非線(xiàn)性的數據，但通過(guò)校準后仍能達到很高的精度。
3．2 差分放大電路
選用THS4503來(lái)做差分放大電路。由于激勵信號的頻率固定為100 kHz，故在差分放大器的反饋電阻上加上電容，達到濾波與避免自激的效果。從低通濾波器輸出的信號需經(jīng)過(guò)差分放大器放大后輸出一對差分信號為變壓器的初級線(xiàn)圈提供電壓。電源采用±5 V雙電源供電，THS4 503的2個(gè)輸出端經(jīng)2個(gè)阻值為12 Ω的隔離電阻與變壓器的初級線(xiàn)圈的兩端相連接。具體電路圖如圖3所示。


3．3 檢波電路
圖4為檢波電路。差動(dòng)變壓器將位移量轉換成電壓信號，測量信號幅值或有效值再進(jìn)行數據處理，便可得到相應的位移值。對于有效值的檢測，選用真有效值測量芯片AD637實(shí)現。平均電容C1設定平均時(shí)間常數，并決定低頻準確度，輸出紋波大小和穩定時(shí)間。信號經(jīng)放大后輸入到AD637進(jìn)行有效值檢波，兩電位器分別進(jìn)行調零和調幅，以使AD637的輸出更準確。