LVDT数字解调方法研究

摘要：给出一种基于LVDT的数字解调系统。为了准确地测量铁芯的位置，提出了以基于FPGA的嵌入式系统平台的数字解调系统。与以往方法不同的是不仅对所得次级线圈信号采用加减法，还采用比率检测方法，通过多点的测量得到其线性系数。运用线性插值算法计算误差修正表，并且运用一种映射关系得出铁芯的真实位移值，克服了模拟电路的种种缺点，大大减小误差，还提高了线性度。通过实验证明，此数字解调系统精度最高可达万分之三。
关键词：LVDT；数字解调；FPGA；铁芯

差动变压器式位移传感器(Inear Variable Differential Transformer，LVDT)采用电磁感应原理测量微小位移。一般情况下，对电感位移传感器(LVDT)常用的信号检测方法是运用载波放大器来完成的，载波放大器又是由解调电路模块、交流放大模块、低通滤波功能模块和常用的振荡器组成的。简单的方法就是从每个次级线圈得到调幅连续电压，通过整流、相减，通过输出的直流电压来表明铁芯的位置。这种方法中的原始信号经过了整流、加减等中间环节才得到直流电压信号，这样会使误差很大，不能得到精确的铁芯位置。

1 LVDT铁芯位移测量原理
LVDT的结构如图1所示。

采用环氧树脂，不锈钢等材料作为线圈骨架，用不同线径的漆包线在骨架上绕制线圈。与传统的电力变压器不同，LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件：在骨架上绕制1个初级线圈，2个次级线圈。其工作方式是当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出的电压之差与铁芯移动成线性关系，如图2所示。

线性可变差动变压器(LVDT)主要由一个铁芯和两个线圈组成，由于无滑动触点，工作时不受灰尘等非金属因素的影响，且功耗低，寿命长。LVDT的初级线圈需施加正弦交流激磁电压，对激磁电压的要求主要是激磁频率、电压幅值和功率3方面。该系统的硬件实体简称为变送器。利用由现场可编程门阵列(FPGA)制作的变送器来驱动LVDT的初级线圈，并采集LVDT的2个次级线圈的输出信号Va和Vb，该变送器包括由闪存或SRAM构成的存储器、驱动LVDT初级线圈的数／模转换器(D／A)、采样LVDT2个次级线圈的2个模／数转换器(A／D)，以及数字输出模块、包括信号解调算法和与上位机通信程序的变送器软件；将采集到的LVDT两个次级线圈的输出信号Va和Vb作S=(Va-Vb)／(Va+Vb)的数字解调处理，利用LVDT铁芯的实际位移量与S之间的映射关系来实现对LVDT的信号检测。