LVDT：一種簡(jiǎn)單而又準確的位置傳感器(05-100)

　　表1 各種技術(shù)的比較

　　圖2(B)的LVDT稱(chēng)為標準頭結構。它有一個(gè)安裝螺紋,一個(gè)裝有彈簧或空氣壓縮返回裝置的線(xiàn)圈架以及線(xiàn)性支承,用于線(xiàn)圈對齊。標準頭結構具有便于安裝和對齊的優(yōu)點(diǎn)。既使機械元件最終會(huì )部分磨損,亦不影響傳感器的精度。

　　LVDT鐵芯是由相對高導磁率配方的鐵鋁合金制作的,并經(jīng)熱處理來(lái)確保沿長(cháng)度的均勻導磁率。鐵芯帶有供安裝用的內螺紋。為了獲得均勻的導磁率,熱處理應在鐵芯切割成所需的長(cháng)度并車(chē)上螺紋后進(jìn)行。在鐵芯和被測體之間連接有鐵芯延長(cháng)棒,延長(cháng)棒用低導磁率材料制作,此如塑料、鋁、黃銅、不銹鋼等。

　　實(shí)用電路

　　LVDT的工作電路稱(chēng)為調節電路或信號調節器。一個(gè)典型的調節電路應包括穩壓電路、正弦波發(fā)生器、解調器和一個(gè)放大器(圖3)。

　　圖3 LVDS信號調理電路

　　圖4 (A)簡(jiǎn)單二極管解調器 (B) 同步解調器

　　正弦波發(fā)生器應具有恒定的幅度和頻率,且不受時(shí)間和溫度的影響。正弦可用文氏電橋產(chǎn)生,或用方波、階梯波經(jīng)濾波產(chǎn)生、或用其它合適的方法產(chǎn)生。

　　解調器可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的二極管結構,也可以用同步解調器(圖4)。當LVDT次級線(xiàn)圈的交流輸出大于1VF.S時(shí),使用圖4(A)的簡(jiǎn)單二極管解調器;如果信號幅度低于此值,由于兩個(gè)二極管正向電壓的差異,會(huì )存在溫度敏感問(wèn)題,但對較大的信號電壓,二極管誤差的影響并不明顯。

　　在圖4(B)的同步解調器中,兩個(gè)場(chǎng)效應管交替地開(kāi)關(guān),其定時(shí)與為初級供電的正弦波同步。在初級與解調器開(kāi)關(guān)間所需相移量取決于LVDT指標和LVDT與信號調節器間的導線(xiàn)長(cháng)度。

　　正弦波發(fā)生器、解調器和放大電路已組合成商品化IC,使用這些器件將極大地簡(jiǎn)化LVDT信號調節器的設計。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外,細間距封裝的標準模擬和數字器件的出現,使電路設計更加簡(jiǎn)化,并可固定在LVDT外殼的內部。

　　相關(guān)技術(shù)的比較

　　如上所述,LVDT具有諸多卓越的品質(zhì)。它的主要限制是,為得到線(xiàn)性性能,傳感器的外殼要比行程長(cháng),還有輸出信號對輸入被測量存在一定的非線(xiàn)性。表1列出LVDT的典型性能參數以及與其它相關(guān)技術(shù)的對照。

　　采用專(zhuān)門(mén)的調節技術(shù),可以改進(jìn)行程對外殼的長(cháng)度比和非線(xiàn)性問(wèn)題,其中一個(gè)技術(shù)就是增加微控制器進(jìn)行校正。LVDT具有良好的重復性,這一技術(shù)是可行的。

　　LVDT也可制作成旋轉器件,工作方式與線(xiàn)性模型相似,只是加工后的鐵芯沿曲線(xiàn)路徑移動(dòng),全量程的行程可達120o旋轉。

　　結語(yǔ)

　　雖然LVDT已問(wèn)世多年,但它仍不失為很多位置傳感問(wèn)題行之有效的解決方案。堅固的結構提供高可靠性,而其性能十分適合行程小于±3in的多數應用?！?東華)