電感式位移傳感器電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
針對(duì)傳感器輸出信號(hào)特點(diǎn), 設(shè)計(jì)了基于AD698芯片的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路。 AD698是一種高精度線性差分式位移變壓器(LVDT) 專用信號(hào)調(diào)整電路,可同時(shí)接收兩路差動(dòng)交流電壓信號(hào)。圖2為采用AD698對(duì)傳感器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換的工作原理圖。
AD698用一個(gè)正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器來驅(qū)動(dòng)傳感器初級(jí)線圈,并用兩個(gè)同步解調(diào)器對(duì)初級(jí)和次級(jí)電壓進(jìn)行解碼,經(jīng)過濾波和放大后最終輸出直流電壓信號(hào);AD698經(jīng)過同步解調(diào)可得到次級(jí)線圈輸出電壓值和初級(jí)線圈輸出的參考電壓值,通過計(jì)算A /B的比例并以此設(shè)置外部元件參數(shù),可實(shí)現(xiàn)零位電壓漂移補(bǔ)償,從而滿足測(cè)量的精度要求;AD698的輸入電壓和輸出電壓范圍較廣(均可達(dá)到正、負(fù)電壓的輸入與輸出) , 可實(shí)現(xiàn)測(cè)頭從零位到最大位移量及從最大位移量回到零位的測(cè)量,擴(kuò)大了測(cè)量范圍。
運(yùn)算放大電路及濾波輸出電路對(duì)經(jīng)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)不同的交流電壓進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié),可很好地匹配AD698芯片,并滿足下一級(jí)電路的處理需求。濾波輸出電路由一個(gè)二階“Π”型濾波電路構(gòu)成,在滿足濾波精度要求的前提下,可保證較短的延遲時(shí)間。
2.3 窗口電壓比較電路
窗口電壓比較電路的功能是實(shí)時(shí)顯示測(cè)頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。它由多個(gè)不同參數(shù)的比較電路單元構(gòu)成,將濾波輸出后的電壓信號(hào)分別與每個(gè)比較單元的參考電壓值進(jìn)行比較,從而實(shí)時(shí)反映測(cè)頭不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
結(jié)合外接信號(hào)燈及蜂鳴器,可判斷測(cè)頭工作狀態(tài),并對(duì)測(cè)頭作出相應(yīng)控制,進(jìn)而防止測(cè)頭因過量程運(yùn)動(dòng)造成的危險(xiǎn),提高測(cè)量安全性。這里設(shè)置的測(cè)頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別為安裝狀態(tài)、檢測(cè)狀態(tài)和報(bào)警狀態(tài)。
2.4量程切換電路
量程切換電路的功能是將電壓信號(hào)以對(duì)應(yīng)電表不同量程的位移值顯示,從而提供直觀的測(cè)量結(jié)果。量程切換電路由三個(gè)不同放大倍數(shù)的放大電路組成,外接電表(以電壓值對(duì)應(yīng)的位移量顯示) 以實(shí)現(xiàn)輸出電壓值對(duì)應(yīng)傳感器位移量的顯示。量程切換電路的放大倍數(shù)分別對(duì)應(yīng)電表的不同量程,通過電路電阻參數(shù)的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)測(cè)頭500, 150, 30μm三檔量程選擇。
3 試驗(yàn)驗(yàn)證
用一等環(huán)規(guī)檢定裝置和數(shù)字電壓表對(duì)測(cè)頭的左、右齒面位移測(cè)量進(jìn)行標(biāo)定,標(biāo)定方法采用靜態(tài)特性標(biāo)定法,標(biāo)定試驗(yàn)記錄見圖3、圖4.圖中,k1 , k2 分別表示測(cè)頭從零位運(yùn)動(dòng)到最大位移量和從最大位移量運(yùn)動(dòng)回零位測(cè)頭的靈敏度。
標(biāo)定公式如下:
式中: U為測(cè)頭電路系統(tǒng)輸出電壓值,V; k為測(cè)頭靈敏度,mV /mm; S 為測(cè)頭位移量,mm; b為零位電壓值偏移量,mV。
圖3 左齒面測(cè)量數(shù)據(jù)曲線
圖4 右齒面測(cè)量數(shù)據(jù)曲線
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