通用LVDT信號調(diào)理電路圖

　　電路功能與優(yōu)勢

　　圖1所示電路是一款完整的無需調(diào)節(jié)線性可變差分變壓器 （LVDT）信號調(diào)理電路。該電路可精確測量線性位移（位置）。

　　LVDT是高度可靠的傳感器，因?yàn)槠浯判灸軌驘o摩擦滑動，并且與管內(nèi)部無接觸。因此，LVDT適合用于飛行控制反饋系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)中的位置反饋、機(jī)床中的自動測量以及其他各種注重長期穩(wěn)定性的工業(yè)和科研機(jī)電應(yīng)用中。

　　本電路采用 AD698LVDT信號調(diào)理器，包含一個正弦波振蕩器和一個功率放大器，用于產(chǎn)生驅(qū)動原邊LVDT的激勵信號。 AD698還可將副邊輸出轉(zhuǎn)換為直流電壓。 AD8615軌到軌放大器緩沖 AD698的輸出，并驅(qū)動低功耗12位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。系統(tǒng)動態(tài)范圍為82 dB，帶寬為250 Hz，非常適合精密工業(yè)位置和計(jì)量應(yīng)用。

　　采用±15 V電源供電時(shí)，系統(tǒng)的信號調(diào)理電路功耗僅為15 mA；采用+5 V電源供電時(shí)，功耗為3 mA。

　　本電路筆記討論LVDT基本操作理論和設(shè)計(jì)步驟，用于優(yōu)化圖1中帶寬給定的電路，包括噪聲分析和器件選型方面的考慮。

　　圖1. 通用LVDT信號調(diào)理電路（原理示意圖：未顯示所有連接和去耦）

　　電路描述

　　工作原理

　　LVDT是絕對位移傳感器，可將線性位移或位置從機(jī)械參考點(diǎn)（或零點(diǎn)）轉(zhuǎn)換為包含相位（方向）和幅度（距離）信息的比例電信號。移動部件（探頭或磁芯桿組件）與變壓器之間無需電氣接觸即可完成LVDT操作。它依賴電磁耦合。由于這個原因，再加上它不采用內(nèi)置電子電路即可工作， LVDT被廣泛用于某些環(huán)境下需要具備較長使用壽命和較高可靠性的應(yīng)用，如軍事和航空航天應(yīng)用。

　　就本電路而言，采用Measurement Specialties?，Inc.的E-100 經(jīng)濟(jì)型LVDT傳感器系列，與 AD698搭配使用。E系列在整個范圍內(nèi)的線性度為±0.5%，適合大多數(shù)應(yīng)用在適中的工作溫度環(huán)境下使用。

　　AD698是一款完整的LVDT信號調(diào)理子系統(tǒng)。它能夠以較高精度和可重復(fù)性將LVDT傳感器機(jī)械位置轉(zhuǎn)換為單極性直流電壓。所有電路功能均集成于片內(nèi)。只要增加幾個外部無源元件以設(shè)置頻率和增益， AD698就能將原始LVDT 副邊輸出轉(zhuǎn)換為一個比例直流信號。

　　AD698內(nèi)置一個低失真正弦波振蕩器，用來驅(qū)動LVDT原邊。正弦波頻率由單個電容決定，頻率范圍為20 Hz至20 kHz，幅度范圍為2 V RMS至24 V RMS。

　　LVDT副邊輸出由兩個正弦波組成，用來直接驅(qū)動 AD698。 AD698通過同步解調(diào)幅度調(diào)制輸入（次級，A）和固定輸入?yún)⒖茧妷海ǔ跫?、次級求和或固定輸入，B）解碼 LVDT。之前解決方案的一個常見問題是驅(qū)動振蕩器幅度的任何漂移都直接導(dǎo)致輸出的增益誤差。 AD698計(jì)算 LVDT輸出與其輸入激勵的比值，抵消任何漂移的影響，從而消除了這些誤差。該器件與AD598 LVDT信號調(diào)理器不同，它具有不同的電路傳遞函數(shù)，且無需LVDT次級端求和（A + B）與沖程長度保持一致。

　　AD698的框圖見圖2。輸入由兩個獨(dú)立的同步解調(diào)通道組成。B通道監(jiān)控LVDT的驅(qū)動激勵。C2對全波整流輸出進(jìn)行過濾，然后將其發(fā)給運(yùn)算電路。除外部提供比較器引腳外，通道A性能完全相同。由于LVDT為空時(shí)A通道可能達(dá)到0 V輸出，因此通常使用初級端電壓（B通道）觸發(fā)A通道的解調(diào)器。此外，可能需要相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以便向A通道增加相位超前或滯后，補(bǔ)償LVDT初級端到次級端的相移。對于半橋電路而言，相移并不重要，且A通道電壓足以觸發(fā)解調(diào)器。

　　圖2. AD698框圖

　　兩個通道都完成解調(diào)及濾波后，使用一個配備了占空比乘法器的分壓電路計(jì)算A/B的比值。分壓器的輸出就是占空比。若A/B等于1，則占空比為100%。（若需要脈沖寬度調(diào)制輸出，可使用該信號）。占空比驅(qū)動電路，調(diào)制并過濾與占空比成正比的基準(zhǔn)電流。輸出放大器調(diào)節(jié)500 μA基準(zhǔn)電流，將其轉(zhuǎn)換為電壓。輸出傳遞函數(shù)為：