基于AD534的新型LVDT信號調(diào)理器設(shè)計

【摘要】LVDT傳感器是一種位移傳感器。以其快速響應(yīng)、高壽命、高分辨率、高精度等優(yōu)點，在機械、電子、航空、汽車等領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了兩個目標：1.對外接LVDT傳感器輸出的信號進行解調(diào)，獲得范圍為±10V的直流電壓輸出；2.由外部輸入一個范圍為±10V的直流電壓，本系統(tǒng)對此電壓就行調(diào)制，模擬出一個LVDT傳感器的正弦輸出。

【關(guān)鍵詞】LVDT傳感器；調(diào)制；解調(diào)；信號調(diào)理；AD534

一、引言

LVDT的工作原理簡單的說就是鐵芯可動變壓器，由初級線圈、次級線圈以及可動鐵芯等部位組成。它是一種線性傳感器。其鐵芯的位移經(jīng)由線圈轉(zhuǎn)變成幅度可變的正弦波信號，正弦波信號的有效值正比于鐵芯的位移距離。

AD534是亞德諾半導(dǎo)體生產(chǎn)的一款可內(nèi)部調(diào)整的集成電路型模擬乘法器，依外部配置電路的不同，它可實現(xiàn)乘法、平方差、開方等多種運算。

二、系統(tǒng)框圖和硬件設(shè)計

1.LVDT信號模擬器系統(tǒng)框圖

信號模擬器要完成的任務(wù)是將輸入的DC±10V轉(zhuǎn)換為同等有效值的正弦信號輸出，并且要能夠為外接的LVDT傳感器提供激勵信號。本系統(tǒng)使用了模擬乘法器AD534來解決信號模擬這一問題，圖1為LVDT信號模擬器系統(tǒng)框圖。

具體實現(xiàn)步驟如下：

1）首先使用單片機產(chǎn)生一個固定頻率的方波，本系統(tǒng)所使用的外接LVDT傳感器頻率為1800Hz，激勵信號為7VRMS。因此這里方波的頻率也是1800Hz。方波經(jīng)過濾波器MAX7400濾波，產(chǎn)生同等頻率的正弦信號。

2）由濾波得到的正弦信號分為三路，其中一路經(jīng)幅度變換調(diào)整為7VRMS，再經(jīng)過平衡變換電路將單端信號轉(zhuǎn)為差分信號，最后得到AC+7VRMS的傳感器激勵信號。

3）由濾波器得到的正弦信號中的一路，其經(jīng)幅度變換后與輸入的直流電壓源經(jīng)AD534相乘。由此我們可得到與DC電壓源有效值相等的調(diào)制信號。假設(shè)輸入的DC電壓值為x，我們再用幅度變換得到幅度為的正弦波。

4）將濾波器的最后一路輸出調(diào)整幅度為5V，它與步驟3得到的正弦波分別作求和、差分，得到兩個輸出，分別為5+和5-，這兩個輸出即為最終的模擬信號輸出。它們同頻同相，差分結(jié)果就是有效值為x的正弦波。

2.LVDT信號解調(diào)器系統(tǒng)框圖

在解調(diào)器部分，LVDT傳感器可以使用由本系統(tǒng)的信號模擬系統(tǒng)產(chǎn)生的激勵源，也可以使用外接的激勵源。

解調(diào)器輸出的信號首先經(jīng)過衰減，將信號幅度降低到LT1966可以接受的范圍，之后LT1966完成有效值變換。差分電路對之前的結(jié)果作差，最后經(jīng)放大輸出同等有效值的直流電壓信號。圖2為LVDT信號解調(diào)器系統(tǒng)框圖。

三、硬件電路圖

1.正弦信號產(chǎn)生電路

MAX7400是MAXIM公司推出的一款8階開關(guān)電容橢圓低通濾波器。它在時鐘的作用下對單片機輸出的方波濾波得到正弦信號，再通過放大和阻抗變換輸入平衡變換電路DRV134。最終輸出IEXC1和IEXC2即為正弦激勵源。正弦信號產(chǎn)生電路如圖3所示。

2.信號模擬器電路

信號模擬器包括調(diào)制和運算兩個部分。

1）調(diào)制部分電路

六、結(jié)語

本系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試改進，通過了某研究所的驗收審核，現(xiàn)已交付使用。用戶反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)良好，模擬和解調(diào)精度高，在LVDT傳感器檢測中發(fā)揮了重大作用。

作者簡介：王敬輝（1979—），男，河北新樂人，講師，現(xiàn)供職于天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，研究方向：工業(yè)控制及自動化。