差动变压器电感式位移检测传感器

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1、万方数据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，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

2、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MdJoE。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，

3、则：苦=却k—E一一i“MJU。。。=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)J0JO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5z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△z

4、2，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

5、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)hxU^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

6、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

7、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

8、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