李阳 程陶然

摘要：该文介绍了一种五线制LVDT信号调理电路的设计方案，其中包括正弦波激励电路、整流电路以及滤波电路。通过对该电路方案进行功能测试，结果表明该设计方案具有较高的测试精度，并且在理论上可用于其他类型LVDT传感器信号的调理，实用性强。

关键词：LVDT传感器；整流电路；调理电路

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）10-0246-02

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1 概述

线性可调差动变压器（Linear Variable Differential Transformer，LVDT）是一种常见类型的位移传感器，可将以机械方式耦合的物体的直线运动转换为对应的电气信号，其主要由铁芯、初级线圈和次级线圈等部件组成，在工业控制和航空发动机控制等领域得到了广泛应用[1]，其特点是原理和结构简单、性能可靠、精度和灵敏度较高、具有较强的适用性等特点，线性可调差动变压器的输出信号为两个线圈的差动电压信号，能够实时地、高准确性地将机械位移信号转化成电信号。LVDT传感器信号调理电路一般包括正弦波激励信号、LVDT传感器、全波整流电路以及滤波电路等。本文介绍了一种五线制LVDT传感器信号调理电路的设计。

2 五线制LVDT传感器

五线制LVDT 传感器是一种常用的LVDT传感器，其结构如图1所示，整个传感器主要由铁芯、初级线圈、次级线圈等组成，工作原理为通过次级线圈VA和VB的振幅来计算铁芯的位移。当铁芯处于中间时，VA 和VB的感应电动势相等，此时输出电压为0。当铁芯在线圈内部来回移动时，VA和VB的感应电动势不相同，铁芯位移的大小决定了VA和VB差值的大小，同时VA与VB振幅之间的差和铁芯位移大小具有线性关系，所以在实际应用中通过VA和VB感应电动势的振幅差值即可计算出铁芯的在传感器内部的位移变化值[2] [3]。

3 电路设计方案

本文设计的LVDT信号调理电路的原理框图如图2所示，该电路主要包括正弦波激励电路和采集电路。正弦波激励电路为五线制LVDT传感器提供正弦波激励，采集电路的整流部分实现LVDT传感器输出信号的全波整流；滤波部分实现对信号及其他耦合到线路中的干扰信号进行隔直和滤波等处理。

3.1正弦波激励电路

LVDT传感器的输入是一路正弦波激励电路，本文在设计中采用RC桥式正弦波振荡电路产生周期性正弦波信号[4]，原理如图3所示。在电路中，由R1、Rf构成负反馈，并联的RC电路和串联RC电路再串联构成正反馈，D1、D2是两个二极管，其具有的非线性可以改变电路启动到稳定工作的负反馈深度。通过调节R、C可以调节输出频率。在实际运用中，使其输出频率为3KHz，幅值为7Vrm。

3.2采集电路

本文采用精密全波整流电路[5]实现对正负反馈电压的采集，以将电压信号转换为位置信息。如图4所示，采集电路首先通过一阶有源带通滤波电路进行滤波，然后通过由运放和二极管构成的精密整流电路实现交流信号到直流信号的转变，在图中匹配电阻需要满足R3=R4=R5=2R7=R9，最后通过一个一阶有源低通滤波电路滤除全波整流信号的交流信号，仅保留直流信号。

在图4中，可以通过调整R1、C1、C2、R2取值以改变滤波器的通频范围；中间部分的整流电路利用二极管的正向导通性，将交流信号的负半周信号翻转为正半周信号；在运算放大器A2处置放电容C3，构成积分运算电路，最后一级由R10、C4组成的低通滤波器实现滤除全波整流信号的交流信号，仅保留直流信号。在Multisim12中，对采集电路进行模拟仿真，结果如图5所示，其中红色表示输入到采集电路中的正弦波，绿色表示经过整流后的输出。

4 电路测试结果

在实际电路测量中LVDT传感器的行程是通过设置LVDT的比率来实现，比率设置为0 ，表示LVDT传感器位移为0；比率设置为-1，表示LVDT传感器位移位于负向最大值；比率设置为1 ，表示LVDT传感器位移位于正向最大值。表1为LVDT信号调理电路的实际测试结果，从表1中可以看出，本文设计的调理电路经过测试得到的LVDT比率和设置的比率之间差异较小，在精度方面控制在0.5%。

5 结束语

本文介绍了一种五线制LVDT传感器信号调理电路，经过对电路测试，结果表明，本文设计的电路测量精度高，实用性强，同时在理论上，该电路也可用于其他类型LVDT传感器信号的调理。

参考文献：

[1] 张云青，孙燕明，张秀娟，等. 多通道LVDT 传感器信号调理电路的设计[J].工程与试验，2012，52（ 2） ： 68-70.

[2] 杨爱民，宋仲康. 基于LVDT 传感器的圆柱体直径测量仪的设计[J].仪表技术，2005（5）：52-54.

[3] 王浩，赵刚，卢玉芳.基于无损全波整流电路的LVDT信号调理电路设计[J].仪表技术与传感器，2017（1）：34-39.

[4] 陈亮，施智星.文氏桥正弦波产生电路浅析[J].电子技术与软件工程，2016（8）：244-245.

[5] 童师白，华成英.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2015：382-384.

【通联编辑：谢媛媛】