提高電感傳感器測(cè)量靈敏度的方法

電感位移傳感器被廣泛應(yīng)用于微小位移量檢測(cè)中，但在一些工程中現(xiàn)有傳感器的測(cè)量精度和靈敏度達(dá)不到測(cè)量要求。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)傳感器前段信號(hào)處理電路進(jìn)行改進(jìn)，在傳感器上下線(xiàn)圈并聯(lián)電容形成LC電路，利用LC電路諧振效應(yīng)改善電路的性能，以提高信號(hào)源頭的靈敏度；采用Multisim軟件對(duì)半橋和全橋電路在并聯(lián)不同大小的電容后的性能進(jìn)行仿真，并用Matlab對(duì)生成的曲線(xiàn)進(jìn)行最小二乘擬合，比較得出使電路性能最優(yōu)的電容值和并聯(lián)方法。結(jié)果表明在損失微小線(xiàn)性度的情況下可將靈敏度提高一倍。

電感位移傳感器的實(shí)質(zhì)，是將敏感元件的變化量轉(zhuǎn)化成電壓幅值的變化量來(lái)進(jìn)行測(cè)量，其廣泛應(yīng)用于檢測(cè)微小位移量的檢測(cè)系統(tǒng)中，因此對(duì)電感傳感器的測(cè)量精度和靈敏度要求很高。電感位移傳感器的靈敏度是指輸出電壓的增量與側(cè)頭位移增量的比。在其他條件相同的情況下提高靈敏度可以提高系統(tǒng)的最小分辨率和精度。提高電感傳感器靈敏度的方式有多種，但目前主要都是通過(guò)對(duì)電感傳感器的信號(hào)調(diào)理電路的改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。文中嘗試通過(guò)諧振電路改變傳感器的輸出信號(hào)，從信號(hào)源頭增大傳感器靈敏度。這種方法相當(dāng)于對(duì)傳感器本身進(jìn)行改進(jìn)，使得它還可以與其他改進(jìn)技術(shù)如：傳感器激勵(lì)源、輸出信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)軟件補(bǔ)償?shù)燃嫒菀怨餐岣哒麄€(gè)系統(tǒng)的性能。

1 改進(jìn)后電路的模型建立
1．1 半橋式改進(jìn)電路
如圖1如果沒(méi)有C1和C2為普通半橋電路，虛線(xiàn)框中為電感傳感器的等效電路，傳感器測(cè)頭的位移帶動(dòng)螺線(xiàn)管中鐵芯上下移動(dòng)，從而改變上下兩個(gè)線(xiàn)圈的電感值。將兩線(xiàn)圈等效成純電阻和純電感的串聯(lián)，如圖中R1和L1組成上線(xiàn)圈，R2和L2組成下線(xiàn)圈，輸出接在上線(xiàn)圈上。實(shí)際傳感器中線(xiàn)圈與輸出的接線(xiàn)不會(huì)變，只是通過(guò)鐵芯移動(dòng)來(lái)改變電感，所以R1和R2固定不變。輸出電壓


圖1在上下兩個(gè)線(xiàn)圈并聯(lián)電容C1和C2后，分別形成了諧振回路I和回路II。如果鐵芯在最下方時(shí)：回路II諧振，回路I失諧。當(dāng)鐵芯在最上方時(shí)：回路I諧振，回路II失諧。由于諧振電路在諧振時(shí)的阻抗會(huì)遠(yuǎn)大于失諧時(shí)的阻抗?？梢远ㄐ缘氐贸?，鐵芯在最下方時(shí)Uout的幅值會(huì)比沒(méi)有電容小，在最上方時(shí)會(huì)比沒(méi)有電容時(shí)大，所以靈敏度會(huì)增大。但在最下方和最上方中間的變化情況，以及它的線(xiàn)性度則需要后邊仿真來(lái)確定。輸出電壓

1．2 全橋式改進(jìn)電路
普通全橋電路圖2(a)，傳感器上下兩線(xiàn)圈分別與匹配電阻R3和R4相連，在L1=L2時(shí)電橋平衡，當(dāng)向上發(fā)生△X的位移時(shí)，鐵芯上移，L1增大△L，L2減小△L，Uout的變化會(huì)比半橋方式增加近兩倍，輸出電壓