AD698在RVDT傳感器測量中的應(yīng)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(yīng)用進行了研究。根據(jù)傳感器使用要求，進行了詳細的參數(shù)分析和電路設(shè)計。設(shè)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。

關(guān)鍵詞：AD698；RVDT傳感器；測量；可靠性

LVDT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(guān)系，通過電壓測量即可獲得位移信息。

RVDT(Rotary Variable Differential Transformer)是旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(yīng)電壓，輸出與旋轉(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)動測量，廣泛應(yīng)用于鐵路、航天航空、機械、建筑等領(lǐng)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(chǎn)生電路和信號調(diào)理電路，傳統(tǒng)的電路設(shè)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(fù)雜，不易調(diào)試。AD698線性位移差分變壓器信號調(diào)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(diào)。

1 AD698的特點

AD698是美國ADI公司生產(chǎn)的單片式線性位移差分變壓器信號調(diào)理系統(tǒng)。AD698與RVDT／LVDT配合，能夠高精確性、可重復(fù)性的將RVDT／ LVDT的機械位移轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為一個比例直流信號，消除原邊驅(qū)動的幅度漂移所導(dǎo)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(nèi)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(zhuǎn)換，并且無需校準。提供用單片電路來調(diào)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(yīng)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(chǎn)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(qū)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(gòu)來消除傳統(tǒng)LVDT接口方法的多個弊端。具有無需調(diào)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(qū)動RVDT，并用2個同步解調(diào)器對初級和次級電壓進行解調(diào)，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(diào)整輸出結(jié)果。輸出放大器測量500μA的參考電流并把他轉(zhuǎn)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(chǎn)生固定頻率和幅度的正弦激勵信號VEXC，VEXC輸出驅(qū)動RVDT／LVDT初級線圈，并用二個同步解調(diào)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(qū)動電壓的比率(A／B)，A／B的比值經(jīng)濾波及放大后輸出。

AD698內(nèi)置一個低失真正弦波振蕩器，用來驅(qū)動RVDT／LVDT初級線圈。兩個同步解調(diào)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(qū)動的幅度漂移所導(dǎo)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(diào)，輸出有效幅值在2～24 V可調(diào)。

AD698的輸入包括二個獨立的同步解調(diào)通道A和B。B通道用來監(jiān)測驅(qū)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(diào)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(wǎng)絡(luò)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(diào)輸入幅值A(chǔ)(次級線圈側(cè))和一個固定的參考輸入B(初級線圈側(cè))，消除了所有的偏移影響。

信號被解調(diào)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(zhuǎn)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。