差动变压器电感式位移检测传感器

传感检测技术 差动变压器电感式位移检测传感器 王 贺1，张秀彬1，马 云2，董长城1 (1．上海交通大学电子信．E-与电气工程学院，上海200240；2．中国矿业大学机电学院，江苏徐州221008) [摘要] 关键词 0引言 基于AD588 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 一款差动变压器电感式位移检测传感器，介绍其系统原理和具体的试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，并详细 分析试验结果。该传感器适用于钢厂等恶劣的工作环境。 差动变压器电感式位移检测传感器 目前，能够测量位移量的传感器种类很多，其中 线性变压器式位移传感器Ⅲ因其结构简单、测量线性 范围大，在许多行业的位移测量系统中得以广泛应 用。基于此种传感器设计一种线性差动变压器 (I。VDT)电感式位移检测传感器，其测量电路可靠、灵 敏度高且价格低廉。 1系统原理 差动变压器电感式位移检测传感器基于电磁感应 原理，如图1所示，该传感器由2个电磁辐射原边线 圈和2个感应副边线圈组成，采用2组副边线圈是为 了得到差分信号，以抑制共模干扰[z]。当原边线圈中 通过交变电流时，在其周围空间会产生交变磁场，使 副边绕组产生感应电压。 l 也 如 图1 差动电感式位移检测传感器 在原边线圈加载正弦激励电压U。，则副边的感应 电势为： 。 d西 MdJo E。石2]F 式中，M为原边与副边间的互感； 的电流；西为通过副边的总磁通， 设，M为原边线圈的电流峰值， 频率，则： 苦=却k— E一一i“MJ U。。。=E2l—E22=一j(￡小玎lJo一(一j∞M2Io)= j(tJ，。(Mz—M，) (4) 根据互感的定义有： Ml：—N广i(1bl，M2：TN2cP2 (5) J0 JO 如果两副边线圈的匝数相同，均为N匝，则有： U。。。=c州(西2一垂1) (6) 中：罂 (7) 式中，K为常数；B为磁感应强度；h为带钢厚度5 z为带钢在磁场中的有效宽度。当带钢向上移动Az距 离时，有： 西=丽再K五B五觑=志则：Uou。=洲·(1焉7,一志／X)=LZ一△Z，凡kZ十 工J 手粤巡妥．△z (9) h(工2一Az2)。“ ⋯ 当△z《z时。可近似忽略△z2，则： Uo。。≈—--—2-wN可K—B．A工：Kl△z (10) ／7,X 同理，当带钢下移△z距离时，有： U。。≈—20-【’N—FKB．△z：一Kl△z(11．) 力．r 当带钢处在中间位置时，Az=0，U。。=0。 将Uo。输入到后面的信号处理部分，可以得到反 映位移变化量的电压值。 (1) 2试验方案 I。为通过原边线圈 ∞为激励电压的角 (2) (3) 收稿EI期：2009—06-22 作者简介：王贺(1984一)，硕士研究生．主要从事电力电子装 置在自动化中的应用研究。 2．1信号处理原理 AD598是由AnalogDevice公司推出的变压器式信 号处理芯片，其原理图如图2所示。 m 围2基于AD598的LVDT原理图 电工技术I2009110期139 万方数据 传感检测技术 如图2虚线框中所示，该芯片主要包含正弦波震 荡器和LVDT次级的信号处理部分两部分。其输出电 压为： Ud=丽UAhUB×500×1。一6×R (12) 由式(3)、(8)可知，当带钢偏移量△z《工时， 有： u。+U。=oJN·[f品+f彘]=乎熙≈—20aN—KB(13) h(一一A．aT2)hx U^一UB：士—2山_N丁KB△z：±Kl△z(14) 则： Ud：±垒兰×500×10一e×R (15) 由式(15)可知，最终得到反映位移变化的电压量。 2．2试验平台的构建 首先设定激励正弦波电压的幅值U。。。和频率 ，。。。，再计算出对应于激励电压的电阻及电容值。适 当提高激励电压幅值，可以提高LVDT的灵敏度，降 低温度误差和频率误差，减小传感器的动态延迟，提 高检测效率。但考虑到LVDT中耦合电容、铁损及涡 流损耗的影响，频率也不宜选得太高。目前，我们选 用3．5kHz，获得较好效果。AD598的输入信号有效值 U。、U日应在1～3．5V，此时AD598线性度最大且 噪声敏感性最小。在AD598前端放置信号放大器(如 图2所示)，适当选择激励电压的幅值，使副边的电压 在1～3．5V。此外，可以通过外围电路，设定Ud是单 极性还是双极性输出，在此将其设定为双极性输出， 有： Ud=UD_A砸--UB×5。o×1。一6×尺 电阻R选取步骤如下。 (1)确定带钢左右偏移的极限位置d，本试验装置 左右偏移的极限位置是50mm。 (2)考虑到后续控制器对采样模拟信号的输入范围 限制，确定AD598双极性输出电压玑的范围为一5～ 5V，即Ud=10V。 (3)设定激励电压幅值【，。。。和电压频率^xc。 (4)测量带钢在对中位置时(Uj=U。)的电压值 ∽。 (5)测量在极限偏移(极左或者极右点)时的U一和 L，B。 (6)计算传感器灵敏度S=丁HA又--医UB，式中， L，一，U。为极限偏移位置的电压值； (7)由此，可计算出R一 实验平台如图3所示， lO×(∽+∽) S×U眦×500×l旷×d。 其中，感应线圈和激励线 40www．chinaet．netl电工技术 圈的垂直距离H为30mm，LVDT电感式位移传感器 的参数见表1。实验中，将带钢固定在能够水平左右移 动的平台上，初始时带钢在对中位置，旋转平台上的 旋钮，可以水平移动带钢，精度为lmm。 图3传感器试验平台 裹1电感式位移传感器参数 3试验结果分析 旋动实验台的旋钮，使带钢每次移动lmm，记录 下输出电压值U。。实验数据见表2。 表2位移■和输出电压表 血／mm 10 9 8 7 6 5 4 3 2 l 0 Uj／mV21731976 17701556 1345 1139 936 73．3 523 312 122 厶J'mm0 ．I -2 ．3 -4 ．5 -6 ．7 ．8 -9 ．10 乩／mV 122 —7．6—280-494-693—909一1104·1315-1524—1736-1943 由于到传感器电感线圈的电感值并非完全相同(见 表1)，测量的电压读数也相应存在随机误差，故可以 认为，在小范围偏移条件下，输出电压与位移量成线 性关系。 4结束语 该线性差动变压器电感式位移检测传感器使用集 成电路芯片AD598，不仅能产生正弦波交流激励信 号，还可输出线性的电压信号，并且幅值和频率可调 方便控制系统采样。该传感器可应用于恶劣的工厂环 境中，在钢厂的对中、对边纠偏系统中应用效果良 好。 参考文献 [1]刘迎春．传感器原理与设计[M]．北京：国防科技大学出 版社，1989 F2]罗幼果，李醒飞．基于AD598的位移传感器的误差研究 [J]．电子测量技术，2007，30(7)：189 [3]叶伟国．差动变压器式传感器信号调理电路[J]．电子测 量技术．2002(3)：34 (编辑祝晓艳) 万方数据 差动变压器电感式位移检测传感器 作者： 王贺， 张秀彬， 马云， 董长城 作者单位： 王贺,张秀彬,董长城(上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海,200240)， 马云(中国矿 业大学机电学院,江苏徐州,221008) 刊名： 电工技术 英文刊名： ELECTRIC ENGINEERING 年，卷(期)： 2009(10) 参考文献(3条) 1.叶伟国 差动变压器式传感器信号调理电路[期刊论文]-电子测量技术 2002(03) 2.罗幼果;李醒飞 基于AD598的位移传感器的误差研究[期刊论文]-电子测量技术 2007(07) 3.刘迎春 传感器原理与设计 1989 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dgjs200910020.aspx