微小位移测量装置设计

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1、第３０卷增刊（Ⅰ）大地测量与地球动力学Ｖｏｌ．３０Ｓｕｐｐ．（Ⅰ）２０１０年８月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＥＯＤＥＳＹＡＮＤＧＥＯＤＹＮＡＭＩＣＳＡｕｇ．，２０１０文章编号：１６７１５９４２（２０１０）Ｓｕｐｐ．（Ⅰ）０１７６０３微小位移测量装置设计唐小林荣卓（中国地震局地震研究所，武汉４３００７１）摘要微小位移测量装置的设计是以５１单片机为控制核心，采用ＤＤＳ芯片产生稳定的１００ｋＨｚ的正弦波信号，使用差分输出来驱动差动变压器输入极，通过检测变压器两个次级线圈的电压，并对两电压进行计算处理，从而得出位移量。经过巧妙的选取直流电机和电机驱动电路，很好地完成了磁棒的精确闭环控制，控制精度能

2、够达到０．５ｍｍ。关键词线性差动变压器；闭环控制；检波电路；位移量；测量装置中图分类号：ＴＨ７６．３文献标识码：ＡＤＥＳＩＧＮＯＦＭＩＮＩＤＩＳＰＬＡＣＥＭＥＮＴＭＥＴＥＲＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＴａｎｇＸｉａｏｌｉｎａｎｄＲｏｎｇＺｈｕｏ（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｉｓｍｏｌｏｇｙ，ＣＥＡ，Ｗｕｈａｎ４３００７１）ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｒｅｐｏｒｔｅｄｈｅｒｅｔａｋｅｓ５１ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔｓａｓｃｏｎｔｒｏｌｃｏｒｅ，ａｎｄｕｓｅｓｔｈｅＤＤＳｃｈｉｐｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅ１００ｋＨｚｓｉｎｅｗａｖｅｓｉｇｎａｌ．Ｉｔｕｓｅｓｔ

3、ｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｕｔｐｕｔｔｏｄｒｉｖｅｔｈｅｉｎｐｕｔｌｅｖｅｌｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｔｗｏｓｅｎｃｏｎｄａｒｙｃｏｉｌｓａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｎｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｔｈｅｔｗｏｖｏｌｔａｇｅｓ，ｔｈｕｓｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖａｌｕｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｉｎｇｅｎｉｏｕｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｍａｃｈｉｎｅａｎｄｍｏｔｏｒｄｒｉｖｅｎｅｌｅｃｔｒｉｃｃｉｒｃｕｉｔ，ｍａ

4、ｇｎｅｔｉｃｒｏｄ’ｓｐｒｅｃｉｓｅｃｌｏｓｅｄｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｉｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄｖｅｒｙｗｅｌｌ．Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｎｒｅａｃｈｔｏ０．５ｍｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｍｏｔｉｏｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ；ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｍｅａｓｕｒｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ１引言２方案设计微小位移测量系统广泛应用于地质、化工、石２．１激励信号源电路的设计油、制药、制盐等行业。本文讨论基于线性可变差动正弦激励信号源是差动式位移传感器的驱动变压器（ＬＶＤＴ）微小位

5、移测量系统的设计。系统由源，激励源高度稳定才能保证后级输出稳定可靠，一个铁芯和两个线圈组成，通过一次线圈与二次线圈弱电磁耦合，使得铁芯的位移变化量与输出电压具有高度的频率和幅度稳定性的正弦激励信号是差［１］变化量呈精密线性关系。电压信号通过差动放动变压器位移测量装置获得较高精度的前提，因此大、取均方根值、数据采集等过程，即由模拟量转换正弦信号发生电路的选取对本测量装置而言至关重成便于单片机系统处理的数字量，而后通过单片机要。的数据处理，可准确地计算出铁芯的位移量。收稿日期：２０１００６１１作者简介：唐小林，男，１９５３年生，高级工程师，主要从事仪器研发工作．Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｔａｎｇ５

6、３１２０３＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ增刊（Ⅰ）唐小林等：微小位移测量装置设计１７７［２］ＡＤ９８５１是ＡＤ公司生产的一款ＤＤＳ芯片，它４局部电路设计与电路参数计算的最高时钟为１８０ＭＨｚ并且采用了先进的ＣＭＯＳ技术。具有相对带宽宽，频率转换时间极短、频率分４．１线性差动变压器的制作辨率高、功耗低等优点，并且ＡＤ９８５１的外围器件很磁棒的移动范围是－２０～＋２０ｍｍ，所以磁棒少，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控。的长度不能小于４０ｍｍ，而且磁棒轴向移动时不能其输出频率的稳定度基本可以达到晶振的精度。而影响初级线圈的电感，所以在磁棒移动时是不能离且还可以设置不同频率的正弦信号，方便调试分析。

7、开初级线圈的，磁棒的长度还应该加上初级线圈的故选择ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５１来产生１００Ｋ的正弦波。长度，考虑到手工制作的问题，如果初级线圈太短，２．２测量检波电路设计不对称性问题较明显，因此最后取磁棒的长度为８［３］ＡＤ６３７有效值检测器将输出的交流信号取样ｃｍ。其次，应确定初级线圈的电感，差动放大器的回来转换为有效值。ＡＤ６３７可测量的信号达７Ｖ，精输出电阻与初级线圈形成的电感构成一个衰减器，度优于０．５％，且外围元件少