AD698在DGC-6PG/A差動電感式位移傳感器中的應(yīng)用

LVDT(Linear Variable Differential Transformer，線性可調(diào)差接變壓器)是由霍德利(G.B.Hoadley)于1940年獲得的專利。他的原理，當(dāng)鐵磁性磁心受到與用于檢測的移動部分相連的非鐵磁桿拖曳沿他的內(nèi)部移動時，初級繞組與2個次級繞之間的互感將發(fā)生變化。當(dāng)初級繞組由交流電壓供電時，鐵磁性磁心的位置的變化就會引起同名端反相串聯(lián)的2個次級繞組之間感應(yīng)的電壓之差的變化。這樣通過檢測電壓差就可以確定非鐵磁桿的移動量。因此，LVDT就可以直接用于位移的測量，也可以測量與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。同時，這個電壓差的檢測也成為急需解決的問題。傳統(tǒng)的方法采用差動整流電路和相敏檢波電路，這2種測量方法都是用分立電子元件搭成的，電路比較復(fù)雜，不易調(diào)試。AD698線性位移差分變壓器信號調(diào)理芯片彌補(bǔ)了這方面的缺陷，電路集成度高并且輸出增益可調(diào)。

本文簡要介紹AD698的工作原理，主要研究了他在差動電感式位移傳感器中應(yīng)用電路，并給出測量結(jié)果，并對結(jié)果中出現(xiàn)的紋波噪聲進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出減小紋波的改進(jìn)措施，最終達(dá)到了理想的效果。在與位移相關(guān)的機(jī)械量的測量及紋波的處理方面具有很好的應(yīng)用價值。

1 AD698的特點(diǎn)及原理

AD698是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的單片式線性位移差分變壓器(LVDT)信號調(diào)理芯片。他與LVDT配合使用，能夠高精度、高再現(xiàn)性地將LVDT的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。實(shí)現(xiàn)此功能的電路都集成在芯片中，只要增加幾個外接無源元件來確定激勵頻率和增益，就能把LVDT的次級輸出信號按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號。

1.1 AD698的特點(diǎn)

(1)AD698提供用單片電路來調(diào)理LVDT信號的完整解決方案，其直流電壓輸出正比于LVDT的位移變化；

(2)AD698能夠適用于多個不同類型的LVDT，如半橋式LVDT、同名端反相串聯(lián)4線輸出式LVDT等；

(3)AD698能夠產(chǎn)生的激勵信號頻率為20～20 kHz，這個頻率取決于他的外接電容器。其輸出電壓有效值可達(dá)24 V，能夠直接驅(qū)動LVDT的初級激磁線圈，LVDT的次級輸出電壓有效值可以低于100 mV；

(4)AD698采用比值譯碼方案，溫度變化不會影響電路的整體性能；

(5)一個AD698可以串聯(lián)或并聯(lián)驅(qū)動多個LVDT，激勵輸出具有熱保護(hù)功能。

1.2 AD698的工作原理

AD698用1個正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器驅(qū)動LVDT，并用2個同步解調(diào)器對初級和次級電壓進(jìn)行解調(diào)，再通過一個除法電路來計(jì)算比率A／B，其后的濾波器和放大器可按比例調(diào)整輸出結(jié)果。輸出放大器測量500μA的參考電流并把他轉(zhuǎn)化成一個電壓值，從而得到一個與LVDT磁芯位置成正比的直流電壓信號，其功能框圖如圖1所示。當(dāng)參考電流為500μA時，其輸出的傳遞函數(shù)為：

2 DGC-6PG／A差動電感式位移傳感器的測量原理

DGC-6PG／A差動電感式位移傳感器由中原量儀生產(chǎn)的一款旁向式的位移測量頭。他的激勵頻率在10 kHz左右，激勵電壓的有效值為2 V，靈敏度為70 mV／V／mm，總行程為1.5 mm。他產(chǎn)生的電信號輸出與鐵芯的位移成正比。他在不銹鋼殼內(nèi)布置1個初級線圈，并在其左右各布置1個次級線圈，呈對稱分布。鐵芯在線圈組內(nèi)穿梭，當(dāng)通過外部交流電源給初級線圈通電后，兩個反相連接的次初級線圈中將產(chǎn)生極性相反的電壓。因此，兩個電壓之差即為LVDT的凈輸出值，當(dāng)鐵芯位于中間或零位，凈輸出為零。當(dāng)鐵芯離開零位，鐵芯所趨向的次級線圈的電壓相應(yīng)增加。同時，另一側(cè)線圈的感應(yīng)電壓相應(yīng)降低。芯的運(yùn)動產(chǎn)生隨位移變化而變化的線性壓差輸出值。當(dāng)鐵芯從零位的一側(cè)移至另一側(cè)時，輸出電壓的相位將出現(xiàn)180°突變；當(dāng)初級繞組由恒定電壓供電時，其等效電路如圖2所示。