提高電感傳感器測量靈敏度的方法

電感位移傳感器被廣泛應(yīng)用于微小位移量檢測中，但在一些工程中現(xiàn)有傳感器的測量精度和靈敏度達不到測量要求。針對這一問題，對傳感器前段信號處理電路進行改進，在傳感器上下線圈并聯(lián)電容形成LC電路，利用LC電路諧振效應(yīng)改善電路的性能，以提高信號源頭的靈敏度；采用Multisim軟件對半橋和全橋電路在并聯(lián)不同大小的電容后的性能進行仿真，并用Matlab對生成的曲線進行最小二乘擬合，比較得出使電路性能最優(yōu)的電容值和并聯(lián)方法。結(jié)果表明在損失微小線性度的情況下可將靈敏度提高一倍。

電感位移傳感器的實質(zhì)，是將敏感元件的變化量轉(zhuǎn)化成電壓幅值的變化量來進行測量，其廣泛應(yīng)用于檢測微小位移量的檢測系統(tǒng)中，因此對電感傳感器的測量精度和靈敏度要求很高。電感位移傳感器的靈敏度是指輸出電壓的增量與側(cè)頭位移增量的比。在其他條件相同的情況下提高靈敏度可以提高系統(tǒng)的最小分辨率和精度。提高電感傳感器靈敏度的方式有多種，但目前主要都是通過對電感傳感器的信號調(diào)理電路的改進來實現(xiàn)。文中嘗試通過諧振電路改變傳感器的輸出信號，從信號源頭增大傳感器靈敏度。這種方法相當(dāng)于對傳感器本身進行改進，使得它還可以與其他改進技術(shù)如：傳感器激勵源、輸出信號處理、計算機軟件補償?shù)燃嫒菀怨餐岣哒麄€系統(tǒng)的性能。

1 改進后電路的模型建立
1．1 半橋式改進電路
如圖1如果沒有C1和C2為普通半橋電路，虛線框中為電感傳感器的等效電路，傳感器測頭的位移帶動螺線管中鐵芯上下移動，從而改變上下兩個線圈的電感值。將兩線圈等效成純電阻和純電感的串聯(lián)，如圖中R1和L1組成上線圈，R2和L2組成下線圈，輸出接在上線圈上。實際傳感器中線圈與輸出的接線不會變，只是通過鐵芯移動來改變電感，所以R1和R2固定不變。輸出電壓


圖1在上下兩個線圈并聯(lián)電容C1和C2后，分別形成了諧振回路I和回路II。如果鐵芯在最下方時：回路II諧振，回路I失諧。當(dāng)鐵芯在最上方時：回路I諧振，回路II失諧。由于諧振電路在諧振時的阻抗會遠大于失諧時的阻抗。可以定性地得出，鐵芯在最下方時Uout的幅值會比沒有電容小，在最上方時會比沒有電容時大，所以靈敏度會增大。但在最下方和最上方中間的變化情況，以及它的線性度則需要后邊仿真來確定。輸出電壓

1．2 全橋式改進電路
普通全橋電路圖2(a)，傳感器上下兩線圈分別與匹配電阻R3和R4相連，在L1=L2時電橋平衡，當(dāng)向上發(fā)生△X的位移時，鐵芯上移，L1增大△L，L2減小△L，Uout的變化會比半橋方式增加近兩倍，輸出電壓