新唐M451的LVDT位移测量仪

只看该作者 · 2021-5-28 09:52

新唐M451的LVDT位移测量仪
LVDT是一种可以输出位移信息的传感器，内部由一个
初级线圈、两个次级线圈、一个可自由移动的铁芯以及线圈
骨架、外壳等部件构成。LVDT工作原理可以等效为一个铁
芯可动的变压器，在初级线圈加一个固定频率的激励信号，
当铁芯位于两个次级线圈中心位置时，次级线圈感应的电压
相等，两个次级线圈的电压差是零；当铁芯由中间向两边移
动时，次级两个线圈输出电压差与铁芯位移成线性关系。由
于可移动铁芯和线圈不需直接接触，LVDT一般可以用于比
较严酷的工作环境。

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LVDT信号调理电路的基本工作方框图如图1所示。其中
ADA2200是一款采用同步解调器和可调谐滤波器，可以在
噪声干扰幅度大于信号幅度的情况下实现小信号测量的芯
片 [2] 。ADA2200的激励信号频率可通过SPI编程来设定，输
出的激励信号RCLK用来控制电子开关ADG794，产生固定
频率的方波信号驱动LVDT的初级线圈。LVDT次级线圈输
出电压的频率与激励信号相同，幅度与可移动铁芯的位置有
关。ADA2200采用内部的锁相放大器及可编程滤波器将这个
与位移相关的特定频率信号转变为一个与铁芯位移成比例的
直流电压。电路中C7、R9、和R10等元件可降低输出线圈的Q
值，使电路不容易受LVDT输出线圈电感和电阻的变化影响。
R7、C9和R8、C8组成RC滤波器可以进一步滤除外部干扰信
号，经过滤波后的信号进入模数转换器ADS1232。

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模数转换器采用的是TI公司的ADS1232，该ADC是一
款高度集成的24 bit delta-sigma模数转换器，可用于低
电平、高精度测量，特别是广泛用于衡量器应用。此ADC由
一个低漂移、低噪声的仪表放大器和一个数字滤波器组成。
内部放大器的增益可设置为1、2、64、128，ADS1232输出数
据率可以设置为10 SPS或80 SPS，10 SPS时可以同时抑制
50 Hz及60 Hz频率的干扰信号，该系统中输出数据率设置为
10 SPS。

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为验证位移测量仪的工作情况，采用标定仪对设计的电
路进行测试，LVDT传感器采用RDP公司的ACT1000。通过
转动标定仪中的千分尺，LVDT会产生相同的位移变化。记
录千分尺的位移数值，同时读取LCD显示的位移值可对位
移测量仪做验证。