线性可变差动变压器的特点及应用

电子设计 发表于 2019-04-03 08:01:00 收藏 已收藏
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线性可变差动变压器的特点及应用

电子设计 发表于 2019-04-03 08:01:00
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线性可变差动变压器(LVDT)是一种精确可靠的线性距离测量方法。 LVDT可用于现代机床,机器人,航空电子设备和计算机化制造。

如图1所示,LVDT是一种位置 - 电气传感器,其输出与可移动的位置成比例磁芯。磁芯在变压器内线性移动,该变压器由中心初级线圈和缠绕在圆柱形式上的两个外部次级线圈组成。初级绕组用交流电压源(通常为几kHz)激励,从而产生随组件内磁芯位置而变化的次级电压。芯通常是带螺纹的,以便于连接到非铁磁杆上,而非铁磁杆又附着在测量其运动或位移的物体上。

线性可变差动变压器的特点及应用

次级绕组缠绕彼此不同步。当磁芯居中时,两个次级绕组中的电压彼此相对,并且净输出电压为零。当磁芯偏离中心时,磁芯移动到的次级中的电压增加,而相反的电压减小。结果是差分电压输出随着磁芯的位置线性变化。线性度优于设计运动范围,通常为0.5%或更高。 LVDT具有良好的精度,线性度,灵敏度,无限分辨率,无摩擦操作和机械坚固性。

不同的LVDT可提供多种测量范围,通常为±100μm至±25 cm。典型的激励电压范围为1 V至24 V rms,频率范围为50 Hz至20 kHz。注意,当磁芯由于两个次级绕组之间的不匹配和漏电感而居中时,不会发生真正的零。此外,输出电压V OUT,的简单测量不会告诉核心所在的空位置。

线性可变差动变压器的特点及应用

图2显示了消除这些困难的信号调理电路,其中减去了两个输出电压的绝对值。使用该技术,可以测量关于中心位置的正和负变化。虽然二极管/电容器型整流器可用作绝对值电路,但图3所示的精密整流器更精确和线性。输入应用于V / I转换器,V / I转换器又驱动模拟乘法器。差分输入的符号由比较器检测,其输出通过模拟乘法器切换V / I输出的符号。最终输出是输入绝对值的精确复制品。这些电路由IC设计人员很好地理解,并且易于在现代双极性工艺上实现。

线性可变差动变压器的特点及应用

工业标准AD598 LVDT信号调理器,如图4中的简化形式所示,执行所有需要LVDT信号处理。片上激励频率振荡器可通过一个外部电容设置在20 Hz至20 kHz之间。两个绝对值电路后跟两个滤波器用于检测A和B通道输入的幅度。然后使用模拟电路产生比率函数(A-B)/(A + B)。注意,该函数与初级绕组激励电压的幅度无关,假设LVDT输出电压幅度的总和在工作范围内保持恒定。大多数LVDT都是这种情况,但如果没有在LVDT数据表中指定,用户应始终与制造商联系。另请注意,此方法需要使用五线LVDT。

线性可变差动变压器的特点及应用

单个外部电阻将AD598激励电压设置为大约1 V至24 V rms。驱动能力为30 mA rms。 AD598可以在300英尺电缆末端驱动LVDT,因为电路不受相移或绝对信号幅度的影响。对于6 mA负载,V OUT 的位置输出范围为±11 V,并且它可以驱动高达1,000英尺的电缆。 V A 和V B 输入可低至100 mV rms。

AD698 LVDT信号调理器(图5)的规格与AD598,但使用同步解调处理信号的方式略有不同。 A和B信号处理器每个都包括绝对值功能和滤波器。然后将A输出除以B输出,以产生比例且与激励电压幅度无关的最终输出。请注意,AD698中LVDT次级电压的总和不必保持恒定。

线性可变差动变压器的特点及应用

AD698还可以与半桥LVDT(类似于自耦变压器)一起使用,如图6所示。在这种配置中,整个次级电压施加到B处理器,同时中心抽头电压施加到A处理器。半桥LVDT不产生零电压,A / B比表示磁芯的行程范围。

线性可变差动变压器的特点及应用

注意LVDT概念可以在旋转中实现在这种情况下,该装置称为旋转可变差动变压器(RVDT)。轴相当于LVDT中的磁芯,变压器绕组缠绕在组件的固定部分上。然而,RVDT在相对窄的旋转范围内是线性的,并且不能测量完整的360°旋转。虽然能够连续旋转,但典型的RVDT在零位(0°)附近在约±40°的范围内是线性的。典型灵敏度为2.5 mV / V /旋转度,输入电压范围为3 V rms,频率范围为400 Hz至20 kHz。 0°位置标记在轴和身体上。

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