電感式位移傳感器電路系統(tǒng)的設(shè)計方案

隨著傳感器技術(shù)的成熟發(fā)展，傳感器已廣泛應(yīng)用于各種測量裝置中。在很多幾何量測量裝置中，位移傳感器是不可或缺的組成部分。如Mahr公司生產(chǎn)的891EA齒輪測量中心是一款較早實現(xiàn)電子展成的測量中心，它采用的測頭是旁向位移測頭，該測頭的傳感器即為一維電感式位移傳感器。原測頭電路系統(tǒng)由于硬件局限性，線性測量范圍小，精度不高，已無法滿足891EA的測量需求。

本文結(jié)合傳感器的特點，設(shè)計了測頭電路系統(tǒng)，它不僅能滿足測量中心的機(jī)械動作，并在完成原電路測量功能基礎(chǔ)上提高了測量精度，擴(kuò)大了測頭的檢測范圍，提高了測量的安全性；同時，將測頭電路系統(tǒng)與A /D卡配接，可在計算機(jī)的控制下實現(xiàn)自動檢測功能。

本文介紹了一種電感式位移傳感器的電路系統(tǒng)。該系統(tǒng)以一片AD698芯片為信號調(diào)整電路的核心，將位移量輸出信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓值，并結(jié)合其它一系列電路模塊實現(xiàn)了測頭位移量測量。通過對測頭的標(biāo)定試驗證明該系統(tǒng)精度高、線性測量范圍大。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

圖1 測頭電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

圖1為測頭電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。測頭電路系統(tǒng)主要由信號轉(zhuǎn)換電路、運(yùn)算放大電路、濾波輸出電路、量程切換電路和窗口電壓比較電路五部分組成。傳感器輸出交流電壓信號，電壓值與傳感器磁芯位置成正比，經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓信號。

運(yùn)算放大電路對直流電壓信號進(jìn)行放大，以滿足后續(xù)電路的電壓需求；放大后的直流信號經(jīng)過濾波輸出電路輸出到A /D 卡，在計算機(jī)控制下實現(xiàn)自動檢測；同時，濾波信號經(jīng)量程切換電路，將直流電壓信號以對應(yīng)電表不同量程的位移值得以顯示，從而提供直觀的測量結(jié)果；濾波信號經(jīng)窗口電壓比較電路可檢測到測頭位移狀態(tài)，分別以檢測、安裝、報警等狀態(tài)顯示輸出，保證了安裝和檢測過程的安全。

2 主要功能模塊

2.1 信號轉(zhuǎn)換電路

信號轉(zhuǎn)換電路的功能是將傳感器輸出的交流電壓信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的直流電壓信號。信號轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計直接影響到整個測頭電路系統(tǒng)的測量精度，是測頭電路系統(tǒng)的核心部分。

傳感器為線性差分式位移傳感器，它的輸入為磁芯的機(jī)械位移，輸出為與磁芯位置成正比的交流電壓信號。傳感器初級線圈由外部參考正弦波信號源激勵，兩個次級線圈反向串聯(lián)，磁芯的移動可改變初級線圈之間的耦合磁通，從而產(chǎn)生兩個幅值不同的交流電壓信號。

圖2　AD698工作原理圖