線性可變差動變壓器的特點及應用

線性可變差動變壓器（LVDT）是一種精確可靠的線性距離測量方法。 LVDT可用于現(xiàn)代機床，機器人，航空電子設備和計算機化制造。

如圖1所示，LVDT是一種位置 - 電氣傳感器，其輸出與可移動的位置成比例磁芯。磁芯在變壓器內線性移動，該變壓器由中心初級線圈和纏繞在圓柱形式上的兩個外部次級線圈組成。初級繞組用交流電壓源（通常為幾kHz）激勵，從而產生隨組件內磁芯位置而變化的次級電壓。芯通常是帶螺紋的，以便于連接到非鐵磁桿上，而非鐵磁桿又附著在測量其運動或位移的物體上。

次級繞組纏繞彼此不同步。當磁芯居中時，兩個次級繞組中的電壓彼此相對，并且凈輸出電壓為零。當磁芯偏離中心時，磁芯移動到的次級中的電壓增加，而相反的電壓減小。結果是差分電壓輸出隨著磁芯的位置線性變化。線性度優(yōu)于設計運動范圍，通常為0.5％或更高。 LVDT具有良好的精度，線性度，靈敏度，無限分辨率，無摩擦操作和機械堅固性。

不同的LVDT可提供多種測量范圍，通常為±100μm至±25 cm。典型的激勵電壓范圍為1 V至24 V rms，頻率范圍為50 Hz至20 kHz。注意，當磁芯由于兩個次級繞組之間的不匹配和漏電感而居中時，不會發(fā)生真正的零。此外，輸出電壓V OUT，的簡單測量不會告訴核心所在的空位置。

圖2顯示了消除這些困難的信號調理電路，其中減去了兩個輸出電壓的絕對值。使用該技術，可以測量關于中心位置的正和負變化。雖然二極管/電容器型整流器可用作絕對值電路，但圖3所示的精密整流器更精確和線性。輸入應用于V / I轉換器，V / I轉換器又驅動模擬乘法器。差分輸入的符號由比較器檢測，其輸出通過模擬乘法器切換V / I輸出的符號。最終輸出是輸入絕對值的精確復制品。這些電路由IC設計人員很好地理解，并且易于在現(xiàn)代雙極性工藝上實現(xiàn)。

工業(yè)標準AD598 LVDT信號調理器，如圖4中的簡化形式所示，執(zhí)行所有需要LVDT信號處理。片上激勵頻率振蕩器可通過一個外部電容設置在20 Hz至20 kHz之間。兩個絕對值電路后跟兩個濾波器用于檢測A和B通道輸入的幅度。然后使用模擬電路產生比率函數(shù)（A-B）/（A + B）。注意，該函數(shù)與初級繞組激勵電壓的幅度無關，假設LVDT輸出電壓幅度的總和在工作范圍內保持恒定。大多數(shù)LVDT都是這種情況，但如果沒有在LVDT數(shù)據(jù)表中指定，用戶應始終與制造商聯(lián)系。另請注意，此方法需要使用五線LVDT。

單個外部電阻將AD598激勵電壓設置為大約1 V至24 V rms。驅動能力為30 mA rms。 AD598可以在300英尺電纜末端驅動LVDT，因為電路不受相移或絕對信號幅度的影響。對于6 mA負載，V OUT 的位置輸出范圍為±11 V，并且它可以驅動高達1,000英尺的電纜。 V A 和V B 輸入可低至100 mV rms。

AD698 LVDT信號調理器（圖5）的規(guī)格與AD598，但使用同步解調處理信號的方式略有不同。 A和B信號處理器每個都包括絕對值功能和濾波器。然后將A輸出除以B輸出，以產生比例且與激勵電壓幅度無關的最終輸出。請注意，AD698中LVDT次級電壓的總和不必保持恒定。

AD698還可以與半橋LVDT（類似于自耦變壓器）一起使用，如圖6所示。在這種配置中，整個次級電壓施加到B處理器，同時中心抽頭電壓施加到A處理器。半橋LVDT不產生零電壓，A / B比表示磁芯的行程范圍。

注意LVDT概念可以在旋轉中實現(xiàn)在這種情況下，該裝置稱為旋轉可變差動變壓器（RVDT）。軸相當于LVDT中的磁芯，變壓器繞組纏繞在組件的固定部分上。然而，RVDT在相對窄的旋轉范圍內是線性的，并且不能測量完整的360°旋轉。雖然能夠連續(xù)旋轉，但典型的RVDT在零位（0°）附近在約±40°的范圍內是線性的。典型靈敏度為2.5 mV / V /旋轉度，輸入電壓范圍為3 V rms，頻率范圍為400 Hz至20 kHz。 0°位置標記在軸和身體上。