AD698在DGC-6PG/A差動(dòng)電感式位移傳感器中的應(yīng)用

LVDT(Linear Variable Differential Transformer，線性可調(diào)差接變壓器)是由霍德利(G.B.Hoadley)于1940年獲得的專利。他的原理，當(dāng)鐵磁性磁心受到與用于檢測(cè)的移動(dòng)部分相連的非鐵磁桿拖曳沿他的內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，初級(jí)繞組與2個(gè)次級(jí)繞之間的互感將發(fā)生變化。當(dāng)初級(jí)繞組由交流電壓供電時(shí)，鐵磁性磁心的位置的變化就會(huì)引起同名端反相串聯(lián)的2個(gè)次級(jí)繞組之間感應(yīng)的電壓之差的變化。這樣通過(guò)檢測(cè)電壓差就可以確定非鐵磁桿的移動(dòng)量。因此，LVDT就可以直接用于位移的測(cè)量，也可以測(cè)量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。同時(shí)，這個(gè)電壓差的檢測(cè)也成為急需解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的方法采用差動(dòng)整流電路和相敏檢波電路，這2種測(cè)量方法都是用分立電子元件搭成的，電路比較復(fù)雜，不易調(diào)試。AD698線性位移差分變壓器信號(hào)調(diào)理芯片彌補(bǔ)了這方面的缺陷，電路集成度高并且輸出增益可調(diào)。

本文簡(jiǎn)要介紹AD698的工作原理，主要研究了他在差動(dòng)電感式位移傳感器中應(yīng)用電路，并給出測(cè)量結(jié)果，并對(duì)結(jié)果中出現(xiàn)的紋波噪聲進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出減小紋波的改進(jìn)措施，最終達(dá)到了理想的效果。在與位移相關(guān)的機(jī)械量的測(cè)量及紋波的處理方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值。

1 AD698的特點(diǎn)及原理

AD698是美國(guó)Analog Devices公司生產(chǎn)的單片式線性位移差分變壓器(LVDT)信號(hào)調(diào)理芯片。他與LVDT配合使用，能夠高精度、高再現(xiàn)性地將LVDT的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。實(shí)現(xiàn)此功能的電路都集成在芯片中，只要增加幾個(gè)外接無(wú)源元件來(lái)確定激勵(lì)頻率和增益，就能把LVDT的次級(jí)輸出信號(hào)按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)。

1.1 AD698的特點(diǎn)

(1)AD698提供用單片電路來(lái)調(diào)理LVDT信號(hào)的完整解決方案，其直流電壓輸出正比于LVDT的位移變化；

(2)AD698能夠適用于多個(gè)不同類型的LVDT，如半橋式LVDT、同名端反相串聯(lián)4線輸出式LVDT等；

(3)AD698能夠產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)頻率為20～20 kHz，這個(gè)頻率取決于他的外接電容器。其輸出電壓有效值可達(dá)24 V，能夠直接驅(qū)動(dòng)LVDT的初級(jí)激磁線圈，LVDT的次級(jí)輸出電壓有效值可以低于100 mV；

(4)AD698采用比值譯碼方案，溫度變化不會(huì)影響電路的整體性能；

(5)一個(gè)AD698可以串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LVDT，激勵(lì)輸出具有熱保護(hù)功能。

1.2 AD698的工作原理

AD698用1個(gè)正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器驅(qū)動(dòng)LVDT，并用2個(gè)同步解調(diào)器對(duì)初級(jí)和次級(jí)電壓進(jìn)行解調(diào)，再通過(guò)一個(gè)除法電路來(lái)計(jì)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(cè)量500μA的參考電流并把他轉(zhuǎn)化成一個(gè)電壓值，從而得到一個(gè)與LVDT磁芯位置成正比的直流電壓信號(hào)，其功能框圖如圖1所示。當(dāng)參考電流為500μA時(shí)，其輸出的傳遞函數(shù)為：

2 DGC-6PG／A差動(dòng)電感式位移傳感器的測(cè)量原理

DGC-6PG／A差動(dòng)電感式位移傳感器由中原量?jī)x生產(chǎn)的一款旁向式的位移測(cè)量頭。他的激勵(lì)頻率在10 kHz左右，激勵(lì)電壓的有效值為2 V，靈敏度為70 mV／V／mm，總行程為1.5 mm。他產(chǎn)生的電信號(hào)輸出與鐵芯的位移成正比。他在不銹鋼殼內(nèi)布置1個(gè)初級(jí)線圈，并在其左右各布置1個(gè)次級(jí)線圈，呈對(duì)稱分布。鐵芯在線圈組內(nèi)穿梭，當(dāng)通過(guò)外部交流電源給初級(jí)線圈通電后，兩個(gè)反相連接的次初級(jí)線圈中將產(chǎn)生極性相反的電壓。因此，兩個(gè)電壓之差即為L(zhǎng)VDT的凈輸出值，當(dāng)鐵芯位于中間或零位，凈輸出為零。當(dāng)鐵芯離開零位，鐵芯所趨向的次級(jí)線圈的電壓相應(yīng)增加。同時(shí)，另一側(cè)線圈的感應(yīng)電壓相應(yīng)降低。芯的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生隨位移變化而變化的線性壓差輸出值。當(dāng)鐵芯從零位的一側(cè)移至另一側(cè)時(shí)，輸出電壓的相位將出現(xiàn)180°突變；當(dāng)初級(jí)繞組由恒定電壓供電時(shí)，其等效電路如圖2所示。