基于电感传感器的钢珠直径分选器设计

2．2 系统框图设计
根据电感传感器的工作原理，配合电气动控制电路，设计检测电路。该电路分为机械控制和电气测量两个电路部分。机械控制部分主要完成电感传感器的选择、钢珠的推动与定位、气缸和料箱翻板控制功能；电气测量部分主要完成信号拾取、信号处理和执行显示功能。检测过程中，可以采用数字示波器进行输出信号的动态观察和测量。钢珠直径分选器测控系统电路原理框图如图5所示。

2．3 工作原理
2．3．1 机械控制电路
当气缸进气口A有0．8 MPa的高压进气时，气缸前室残留气体由B口排除，活塞自左向右推行，将放料口的钢珠推向电感传感器的下方，供其拾取信号。检测过程中，活塞将受到电磁阀驱动电路的控制，活塞的出气口B改为进气口输入0．8 MPa的高压气，进气口A改为出气口排除活塞内的气体，活塞自动恢复初始状态，等待下一次钢珠的到来。为了精确地计数每个钢球的尺寸，以9 mm为钢珠的标准直径，按1 μm差值为单位划分-3、-2、-1、0、1、2、3 μm、次品8个等级，对应8个收料箱，每个收料箱上端的翻板都是可控制的活动板，由8个与之一一对应的电磁铁驱动电路控制，最后通过计数装置将每个尺寸钢球的统计结果反馈给计算机并显示出来。
2．3．2 电气测量电路
1)信号拾取模块
本例中，考虑到1 μm数量级的检测精度比较高，检测传感器的选择是否得当对最后的结果影响很大，选择合适的传感器可以将干扰减少到最少。所以采用AD698高精度线性差动式电感传感器(LVDT：Linear Variable Differential Transformer)为信号拾取电路，以磁芯的机械位移为输入，交流电压信号为输出，该电压与磁芯位置成正比。传感器初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，两个次级线圈反向串联，磁芯的移动可改变初级线圈之间的耦合磁通，从而产生两个幅值不同的交流电压信号，以满足后续电路的信号要求。
2)信号处理模块
由相敏检波电路、标准信号设置电路、电压比较放大电路和电磁驱动电路组成。以相敏检波电路为核心，完成鉴别调制信号相位和选频功能，如图6所示。

①相敏检波电路
电路组成：4个性能一致的整流二极管VD1～VD4串联成一个闭合的电桥，4个节点a、b、c、d分别接在变压器T1、T2的次级线圈上，输入信号uyi与检波器的参考电压uyo分别经过T1、T2夹在电桥的两个对角，电桥中电阻R1～R4为限流电阻，阻值都为R，起保护所在桥臂二极管的作用。u0>>uyi=u1+u2，且与uyi同频，以保证准确控制4个二极管的导通状态。
②工作原理：当衔铁在零点(中点)以上移动，即位移x(t)>0时，uyi与uyo同频同相。
当uyi与uyo都是正半周时，T1的次级线圈输出电压u1为上正下负，根据同名端标识，u2也为上正下负；T2的次级线圈输出电压u01为左正右负，根据同名端标识，u02也为左正右负。根据电路分析原理可知，各级变压器的次级输出为：