基于單片機(jī)的LVDT位移測(cè)量傳感器設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　常規(guī)的測(cè)試儀器儀表和控制裝置被更先進(jìn)的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在遠(yuǎn)離、功能、精度及自動(dòng)化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用工程的自動(dòng)化程度得以顯著提高。

　　本文設(shè)計(jì)的電子秤以單片機(jī)為主要部件，用匯編語(yǔ)言進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，硬件則以差動(dòng)變壓器式（LVDT）位移傳感器為主，測(cè)量0~10mm.傳感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達(dá)不到A/D轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍。所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對(duì)其進(jìn)行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示。

　　1 設(shè)計(jì)目的

　　差動(dòng)變壓器式（LVDT）位移傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和測(cè)試領(lǐng)域，如過(guò)程檢測(cè)和自動(dòng)控制、形變測(cè)量等，適用于油污、光照等惡劣環(huán)境。這種傳感器可靠而耐用，但選用它監(jiān)控機(jī)械位移量，還需設(shè)計(jì)與傳感器配套的測(cè)量裝置 研制開(kāi)發(fā)的位移測(cè)量裝置適用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和多種測(cè)試領(lǐng)域。按照使用的要求，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)：有效量程10mm,精度0.0lmm; LED同時(shí)顯示1-4路測(cè)量值；零點(diǎn)值重置等功能。 通過(guò)本文夫人設(shè)計(jì)，達(dá)到以下三點(diǎn)：

　?。?）通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)加深對(duì)差動(dòng)變壓器電感傳感器在工程實(shí)踐中的應(yīng)用的了解；

　?。?）掌握用這種傳感器組成位移測(cè)量系統(tǒng)的原理和方法；

　?。?）進(jìn)一步掌握這種傳感器的性能特點(diǎn)和工程應(yīng)用。

　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

　　本系統(tǒng)采用內(nèi)含4KB程序存儲(chǔ)器的8位單片微型計(jì)算機(jī)89C51,其內(nèi)部4KB程 序存貯器可以滿(mǎn)足本系統(tǒng)的需求，同時(shí)可以較大限度地減少外圍器件；按照有效量程和精度，本系統(tǒng)選用國(guó)內(nèi)廠家的配套產(chǎn)品 AC-LVDT傳感器；使用四組（每組5個(gè)）LED七段數(shù)碼管同時(shí)顯示四路測(cè)量值；用于過(guò)程控制的信號(hào)采樣應(yīng)較快，應(yīng)采用較高速的A/D轉(zhuǎn)換器。主程序流程圖、系統(tǒng)原理圖分別如圖1、圖2所示。

　　圖1主程序流程圖

　　圖2系統(tǒng)原理圖

　　3 硬件電路設(shè)計(jì)

　　3.1傳感器的工作原理

　　差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)差動(dòng)變壓器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)差動(dòng)變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只 次級(jí)反向串接（同名端連接），就引出差動(dòng)電勢(shì)輸出。利用兩個(gè)線圈之間互感的變化引起感應(yīng)電勢(shì)的變化，來(lái)獲得與被測(cè)量成一定函數(shù)關(guān)系的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)非電量的測(cè)量。應(yīng)用最多的是螺線管式差動(dòng)變壓器，它可以測(cè)量1~100（mm）范圍內(nèi)的機(jī)械位移、150HZ

　　以下的低頻振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力、厚度、稱(chēng)重等一、切能引起機(jī)械位移變 化的非電物理量。

　　圖3測(cè)量原理框圖

　　本次差動(dòng)變壓器的原理是建立在CSY2000型傳感器實(shí)訓(xùn)臺(tái)的基礎(chǔ)上的。差動(dòng)變壓器電感傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、測(cè)量精度高、靈敏度高和價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn)。

　　3.2差動(dòng)變壓器傳感器安裝

　?。?）將差動(dòng)變壓器和測(cè)微頭（參照附：測(cè)微頭使用）安裝在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓闹Ъ茏?，如下圖4所示。