[发明专利]一种LVDT位移传感器数字化处理方法及装置有效
申请号: | 201510849802.4 | 申请日: | 2015-11-30 |
公开(公告)号: | CN106813564B | 公开(公告)日: | 2019-12-13 |
发明(设计)人: | 冯少华;冯普超 | 申请(专利权)人: | 杭州奥莫自动化科技有限公司 |
主分类号: | G01B7/02 | 分类号: | G01B7/02 |
代理公司: | 11465 北京慕达星云知识产权代理事务所(特殊普通合伙) | 代理人: | 李冉 |
地址: | 浙江省杭州市西湖区*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 lvdt 位移 传感器 数字化 处理 方法 装置 | ||
本发明公开了一种LVDT位移传感器数字化处理方法及装置,包括LVDT位移传感器方波激励源处理电路、传感器输出信号差分放大电路、峰值捕捉采样电路、微处理器控制显示电路和隔离通讯接口电路。其特征在于:采用极少的常用分离元器件实现无需加入精密整流电路、滤波电路、峰值保持电路等,具有响应更快、温漂极小和成本低的效果;采用方波激励,使得响应峰值存续时间长,对输出信号进行差分放大,减少干扰,提高精度;无需复杂处理即可捕获峰值;无整流电路,直接对原始信号放大后进行采样,因而在电气零点附近线性度更好;采用隔离串口传输,使电路具有较强的抗干扰能力。应用本发明产品已经取代进口产品应用一年多时间,运行稳定可靠,取得良好效益。
技术领域
本发明属于一种LVDT位移传感器数字化处理电路,极大的简化了LVDT信号处理的同时,大幅提升LVDT适应性,可直接转化为数字量的电路。
背景技术
LVDT(Linear Variable Differential Transformer)位移传感器基本部件由一个磁芯、一个初级线圈和两个次级线圈组成。其工作原理是如图1a所示:当磁芯在线圈中移动时,初级线圈与两个次级线圈的电磁互感发生变化,两个次级线圈感应的电压也发生变化。当磁芯处于中心位置时,两组次级线圈电压相等,电压差为零;当磁芯偏离中心,一组次级电压增大,而另一组电压减小,电压差增大。电压差的幅值与磁芯的位移量在一定的范围内成线性比例关系。图1b所以为半桥式LVDT位移传感器电气图,其原理类似。
目前现有的方法是对LVDT传感器信号处理方法常采用正弦波驱动,对输出信号进行放大,再经过精密整流电路,滤波电路,峰值保持电路等调理电路,将输出转换为直流电压后再进行数模转换(ADC)数字化。目前有分离原件实现方式和集成芯片实现方式,如AD698专用芯片。
还有一种信号检测方法是:采用FPGA生成方波,经滤波电路变为正弦激励信号,对输出信号直接进行采样,判断极性后进行相位粗调,然后再进行细调,得到理论上峰值相位,对峰值进行采样。
第一种方法如果采用集成芯片,结构简单,但是由于采用很多二次处理电路,芯片自身或周围温度发生变化,对每部分电路影响累计,导致输出有一定的温漂;芯片内部恒流源个体有差异,经大电阻后,输出差异被放大,导致同样的位移的LVDT传感器,经不同的AD698测量,结果差异大;同时AD698专用芯片成本非常高。如采用分离器件,成本低但温漂、精度和可靠性降低。
第二种方法是信号处理方法,以激励源和输出信号为理想信号为前提,实际工程中,LVDT输出信号畸变,峰值相位偏离理论峰值相位,无法采用该方法准确捕获峰值;在零点附近,由于LVDT位移传感器自身固有的磁滞特性影响,波形相移严重,畸变厉害,且幅值几乎为0,如果不进行放大,直接采样峰值,此时该方法几乎失效。
发明内容
为了克服上述不足,本发明提出了一种LVDT位移传感器数字化处理电路,采用模拟和数字混合的技术方式实现。本发明的作用主要是以下几个方面 :一是产生 LVDT位移传感器所需的激励为方波,取代正弦波激励信号;二是将传感器输出的信号进行放大后,微处理器采用简单算法捕捉峰值,即进行数模转换,无需复杂调理电路或者运算判别;三是采用隔离接口电路,使本系统与其他设备或者主机电气隔离,提高该电路抗干扰能力。
为实现上述发明目的,本发明包含以下发明内容:一种LVDT位移传感器数字化处理电路,包括LVDT位移传感器方波激励源产生电路、传感器输出信号差分放大电路、峰值捕捉采样电路、微处理器控制显示电路和隔离通讯接口电路。其特征在于:
A、采用方波作为激励源,与普遍采用单一频率正弦波信号作为LVDT激励信号不同;根据傅里叶变换,方波可看成是多种频率的正弦波叠加,且正弦波幅值随频率增大而减小,而LVDT位移传感器有较宽的频率范围和感性效应,相当于一个低通滤波器,方波激励响应是经LVDT位移传感器滤波后,由占多种频率的正弦波叠加的结果,根据LVDT传感器磁芯材质,方波频率范围为12-24KHz比较合适;
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