在信息采集系統(tǒng)中，傳感器通常處于系統(tǒng)前端，即檢測(cè)和控制系統(tǒng)之首，它提供給系統(tǒng)處理和決策所必需的原始信息，因此，傳感器的精度對(duì)整個(gè)系統(tǒng)是至關(guān) 重要的。在位移、速度及加速度的測(cè)量中，經(jīng)常使用差動(dòng)變壓器式傳感器，原因是其靈敏度高、線性好且有配套集成電路，但傳統(tǒng)的LVDT傳感器對(duì)工作電源的穩(wěn) 定性和精度要求太高，且電路板大都由分離元件搭接而成，極易產(chǎn)生松脫和受潮變質(zhì)現(xiàn)象，從而影響傳感器的使用壽命和整體性能。本文介紹一種基于AD598信 號(hào)處理芯片的LVDT直線位移傳感器，并通過實(shí)例對(duì)其誤差和精度進(jìn)行探討。

1 基本原理

差動(dòng)變壓器式傳感器是利用線圈的自感或者互感的變化來實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置，它的核心是可變自感或可變互感。本文采用的變氣隙式差動(dòng)變壓器式電感傳感器是利用互感的變化來工作的。

1.1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

上下2只鐵芯上均有1個(gè)勵(lì)磁線圈和1個(gè)輸出線圈。上下2個(gè)勵(lì)磁線圈串聯(lián)后接交流勵(lì)磁電源電壓Uin，2個(gè)輸出線圈則按電勢(shì)反向串聯(lián)。忽略高階無窮小量，當(dāng)ωR(ω為交流勵(lì)磁電源電壓Uin的頻率，R為勵(lì)磁線圈的等效電阻)時(shí)，可推導(dǎo)出

式中：Uin為勵(lì)磁電源電壓(單位V);Uout為輸出電壓(單位V);N1，N2分別為勵(lì)磁線圈和輸出線圈的匝數(shù);△δ為軸偏移平衡位置的距離(單位mm);δ占為軸處于平衡位置時(shí)的氣隙大小(單位mm)。

當(dāng)軸處于中間位置時(shí)，δ1=δ2=δ，勵(lì)磁線圈中產(chǎn)生交變磁通φ1和φ2，在輸出線圈中便產(chǎn)生交流感應(yīng)電勢(shì)。由于兩邊氣隙相等，磁阻相等，所 以，φ1=φ2，輸出線圈中感應(yīng)出的電勢(shì)E21=E22，由于次級(jí)是按電勢(shì)反向連接的，輸出電壓Uout=0。當(dāng)軸偏離中間位置時(shí)，兩邊氣隙不等(即 δ1≠δ2)，輸出線圈中感應(yīng)的電勢(shì)不再相等(即E21≠E22)，便有電壓Uout輸出。Uout的大小及相位取決于軸的位移大小和方向。

1.2 輸出特性方程

設(shè)差動(dòng)變壓器原邊激勵(lì)電壓為Ep、角頻率為ω、電流為Ip、電感為L(zhǎng)p、等效電阻為Rp。副邊電壓分別為E21、E22，互感為M1、M2。若忽略磁滯渦流及耦合電容的影響，可以得出：