LVDT：一种简单而又准确的位置传感器(05-100)

　　表1 各种技术的比较

　　图2(B)的LVDT称为标准头结构。它有一个安装螺纹,一个装有弹簧或空气压缩返回装置的线圈架以及线性支承,用于线圈对齐。标准头结构具有便于安装和对齐的优点。既使机械元件最终会部分磨损,亦不影响传感器的精度。

　　LVDT铁芯是由相对高导磁率配方的铁铝合金制作的,并经热处理来确保沿长度的均匀导磁率。铁芯带有供安装用的内螺纹。为了获得均匀的导磁率,热处理应在铁芯切割成所需的长度并车上螺纹后进行。在铁芯和被测体之间连接有铁芯延长棒,延长棒用低导磁率材料制作,此如塑料、铝、黄铜、不锈钢等。

　　实用电路

　　LVDT的工作电路称为调节电路或信号调节器。一个典型的调节电路应包括稳压电路、正弦波发生器、解调器和一个放大器(图3)。

　　图3 LVDS信号调理电路

　　图4 (A)简单二极管解调器 (B) 同步解调器

　　正弦波发生器应具有恒定的幅度和频率,且不受时间和温度的影响。正弦可用文氏电桥产生,或用方波、阶梯波经滤波产生、或用其它合适的方法产生。

　　解调器可以是一个简单的二极管结构,也可以用同步解调器(图4)。当LVDT次级线圈的交流输出大于1VF.S时,使用图4(A)的简单二极管解调器;如果信号幅度低于此值,由于两个二极管正向电压的差异,会存在温度敏感问题,但对较大的信号电压,二极管误差的影响并不明显。

　　在图4(B)的同步解调器中,两个场效应管交替地开关,其定时与为初级供电的正弦波同步。在初级与解调器开关间所需相移量取决于LVDT指标和LVDT与信号调节器间的导线长度。

　　正弦波发生器、解调器和放大电路已组合成商品化IC,使用这些器件将极大地简化LVDT信号调节器的设计。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外,细间距封装的标准模拟和数字器件的出现,使电路设计更加简化,并可固定在LVDT外壳的内部。

　　相关技术的比较

　　如上所述,LVDT具有诸多卓越的品质。它的主要限制是,为得到线性性能,传感器的外壳要比行程长,还有输出信号对输入被测量存在一定的非线性。表1列出LVDT的典型性能参数以及与其它相关技术的对照。

　　采用专门的调节技术,可以改进行程对外壳的长度比和非线性问题,其中一个技术就是增加微控制器进行校正。LVDT具有良好的重复性,这一技术是可行的。

　　LVDT也可制作成旋转器件,工作方式与线性模型相似,只是加工后的铁芯沿曲线路径移动,全量程的行程可达120o旋转。

　　结语

　　虽然LVDT已问世多年,但它仍不失为很多位置传感问题行之有效的解决方案。坚固的结构提供高可靠性,而其性能十分适合行程小于±3in的多数应用。■(东华)