AD698在RVDT傳感器測量中的應用
摘要:簡要介紹了AD698的工作原理,對AD698在RVDT傳感器測量中的具體應用進行了研究。根據傳感器使用要求,進行了詳細的參數(shù)分析和電路設計。設計從電源、信號濾波、輸入輸出范圍、信號傳輸連接各方面采取了提高測量準確性的可靠性措施,最終達到了理想的效果。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/160556.htmLVDT表示差動變壓位移傳感器,是一種機電元件,一般由一個鐵芯、一個初級線圈和二個次級線圈組成。外部正弦波信號源激勵初級線圈,通過初級線圈與次級線圈弱電磁耦合,使得鐵芯的位移變化量與輸出電壓變化量呈精密線性關系,通過電壓測量即可獲得位移信息。
RVDT(Rotary Variable Differential Transformer)是旋轉可變差動變壓器縮寫,屬于角位移傳感器。
它采用與LVDT相同的差動變壓器式原理,即把機械部件的旋轉傳遞到角位移傳感器的軸上,帶動與之相連的鐵芯,通過改變線圈中的感應電壓,輸出與旋轉角度成比例的電壓信號。
RVDT的初級和次級線圈是完全隔離的,為非接觸設計,具有無限分辨率、使用壽命長,精度高的特點,可實現(xiàn)360°轉動測量,廣泛應用于鐵路、航天航空、機械、建筑等領域,實現(xiàn)閥門開度和精密位移的測量和反饋控制。
RVDT傳感器位移檢測電路主要包括激勵信號產生電路和信號調理電路,傳統(tǒng)的電路設計采用差動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,電路復雜,不易調試。AD698線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。
1 AD698的特點
AD698是美國ADI公司生產的單片式線性位移差分變壓器信號調理系統(tǒng)。AD698與RVDT/LVDT配合,能夠高精確性、可重復性的將RVDT/ LVDT的機械位移轉換成單極性或雙極性的直流電壓。AD698具有RVDT/LVDT檢測電路所有必不可少的電路功能,只要增加幾個外接元源元件來確定激磁頻率和增益,就能把RVDT/LVDT的原始輸出信號轉換為一個比例直流信號,消除原邊驅動的幅度漂移所導致的比例系數(shù)誤差,改善測量的溫度性能和穩(wěn)定性。
AD698的主要特點有:
1)內含晶振和參考電壓源,只需附加極少量的無源元件就可實現(xiàn)位置的機械變量到直流電壓的轉換,并且無需校準。提供用單片電路來調理RVDT信號的完整解決方案,其直流電壓輸出正比于RVDT的角度變化;
2)器件的輸入電壓、輸出電壓及頻率適應范圍寬;能夠適用于不同類型的RVDT,如半橋式、同名端反相串聯(lián)4線輸出式等;
3)器件能夠產生的激勵信號頻率為20~20 kHz,這個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LVDT的初級激磁線圈,LVDT的次級輸出電壓有效值可以低于100mV;
4)器件采用比值譯碼方案,振蕩器的幅值隨溫度變化不會影響電路的整體性能;
5)輸出激勵源負載能力強,且具有熱保護功能;
6)利用獨特的比率架構來消除傳統(tǒng)LVDT接口方法的多個弊端。具有無需調整;溫度穩(wěn)定性提高;傳感器互換性得以改善的優(yōu)勢。
2 AD698的工作原理
AD698用1個正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器驅動RVDT,并用2個同步解調器對初級和次級電壓進行解調,再通過一個除法電路來計算比率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電壓值,從而得到一個與RVDT /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。
AD698產生固定頻率和幅度的正弦激勵信號VEXC,VEXC輸出驅動RVDT/LVDT初級線圈,并用二個同步解調級來對初級和次級電壓進行解碼,解碼器決定了輸出電壓與輸入驅動電壓的比率(A/B),A/B的比值經濾波及放大后輸出。
AD698內置一個低失真正弦波振蕩器,用來驅動RVDT/LVDT初級線圈。兩個同步解調通道用于檢測初級和次邊幅度。該器件將次級邊的輸出除以初邊的幅度,然后乘以一個比例系數(shù)。這樣可以消除初級邊驅動的幅度漂移所導致的比例系數(shù)誤差,改善溫度性能和穩(wěn)定性。 激勵正弦波的頻率和幅值由一個電阻器和一個電容器決定。輸出頻率在20 Hz~20 kHz可調,輸出有效幅值在2~24 V可調。
AD698的輸入包括二個獨立的同步解調通道A和B。B通道用來監(jiān)測驅動RVDT/LVDT的激勵信號,A通道的作用與之相同,但是它的比較器引腳是單獨引出來的。因為在RVDT/LVDT處于零位的時候,A通道可能達到0 V,所以A通道解調器通常由初級電壓(B通道)觸發(fā)。另外,可能還需要一個相位補償網絡給A通道增加一個相位超前或滯后量,比此來補償RVDT/LVDT初級對次級的相位偏移。
AD698通過同步解調輸入幅值A(次級線圈側)和一個固定的參考輸入B(初級線圈側),消除了所有的偏移影響。
信號被解調和濾波后,通過一個除法器來計算比率A/B,除法器的輸出是一個矩波信號。當A/B等于1時,矩形波的占空比為100%。輸出放大器測量500 μA的參考電流并把它轉化成一個電壓值。當參考電流為500μA時,AD698輸出的傳遞函數(shù)為:
Vn=500μAxA/BxR2
其中R2為輸出增益電阻。
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