基于AD598信号处理芯片的直线位移传感器的精度和误差分析

2022-05-21 07:49分类：传感器阅读：

引言

在数据采集系统软件中，感应器一般处在系统软件前面，即检验和自动控制系统之首，它带来给系统软件解决和管理决策所必要的初始信息内容，因而，感应器的精密度对所有体系是是十分关键的。在偏移、速率及瞬时速度的精确测量中，常常应用差动保护变电器式感应器，缘故是其精确度高、线形好且有配套设施集成电路芯片，但传统式的LVDT感应器对工作中开关电源的稳判定和精密度规定太高，且线路板大多数由分离出来元器件钢筋搭接而成，非常容易造成松动和返潮霉变状况，进而危害感应器的使用期限和总体特性。

1 基本概念

差动保护变电器式感应器是运用电磁线圈的电磁感应或是互感器的转变来完成精确测量的一种设备，它的核心内容是可变性电磁感应或可变性互感器。文中运用的变磁密式差动保护变电器式电感器感应器是运用互感器的转变来运行的。

1.1 基本上构造及原理

左右2只变压器铁芯上均有1个励磁线圈和1个輸出电磁线圈。左右2个励磁线圈串连后接沟通交流励磁调节器电源电压Uin，2个輸出电磁线圈则按电势差反方向串连。忽视高阶无穷小量，当ωR（ω为沟通交流励磁调节器电源电压Uin的頻率，R为励磁线圈的等效电路电阻器）时，可推证出

式中：Uin为励磁调节器电源电压（企业V）;Uout为输出电压（企业V）;N1，N2各自为励磁线圈和輸出电感的线圈匝数;△δ为轴偏位平衡位置的间距（企业mm）;δ占为轴处在平衡位置时的磁密尺寸（企业mm）。

当轴处在正中间部位时，δ1=δ2=δ，励磁线圈中造成交替变化磁通量φ1和φ2，在輸出电感中便发生沟通交流磁感应电势差。因为两侧磁密相同，磁电式相同，所以，φ1=φ2，輸出电感中磁感应出的电势差E21=E22，因为次级线圈是按电势差反方向联接的，输出电压Uout=0。当轴偏移正中间部位时，两侧磁密不一（即 δ1≠δ2），輸出电感中检测的电势差不会再相同（即E21≠E22），便有工作电压Uout輸出。Uout的尺寸及相位差在于轴的偏移尺寸和方位。

1.2 频率特性方程式

设差动保护变电器原边鼓励工作电压为Ep、角频率为ω、电流量为Ip、电感器为Lp、等效电阻为Rp。副边工作电压各自为E21、E22，互感器为M1、M2。若忽视涡流损耗涡旋及藕合电容器的危害，能够得到：

2 感应器精确测量电源电路

AD598是由Analog Device推出的新式LVDT专用型信号分析集成ic，电路原理图如图所示2所显示。由图得知，该处理器关键包括两一部分：一部分为正弦波形产生器，它的次数及幅度值均可由极少数外接元器件明确;另一部分为LVDT次级线圈的信号分析一部分。根据这一部分造成一个与变压器铁芯偏移正相关的交流电压数据信号。AD598可推动达到24 V，頻率范畴为20Hz～20 kHz的LVDT原边电磁线圈，又可接纳最少为100 mV的次级线圈键入，因此适用很多不一样种类的LVDT。

3 精确测量系统偏差剖析

检测系统的偏差按来源于也可分成固定不动偏差和随机偏差两类。

3.1 固定不动偏差

固定不动偏差指差动保护变压器结构（加工精度）和原材料（涡流损耗涡旋）所产生的偏差。这也是系统软件论述时要融合检测的准确度标准及经济数据综合性考量的。系统软件一旦明确出来这种要素一般是无法更改的。

3.2 随机偏差

随机偏差按偏差来源于还可以分成由鼓励源的变化造成的偏差和由相敏检波造成的偏差。因为AD598把震荡器，LVDT和相敏调制解调器封裝在一起，不仅提升了企业产品的处理速度，并且大大减少了外场元器件的数量，使控制器的功能获得大幅度提高，因而，在这篇文章中也不对相敏检波造成的偏差开展推论了。

3.2.1 鼓励源力度起伏造成的偏差

由式（3）能够看到当Ep、ω、Lp、Rp为参量时，E2正比例于△M。差动保护变电器是是非非合闭等效电路，并且变压器铁芯长短远低于电磁线圈长短，因此 △M正比例于变压器铁芯位移，即E2正比例于变压器铁芯偏移。当变压器铁芯在某一部位固定不动，输出电压E2也该是时间常数。但Ep或ω有转变，尽管变压器铁芯部位没变，输出电压E2却发生了转变，这就是鼓励工作电压和頻率不稳定造成的偏差。E2是Ep的一次函数。将式（3）对Ep求微分获得：