CN102768008B - Lvdt位移传感器调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LVDT位移传感器调理电路，包括半桥型的位置传感器、模数转换电路、控制器数据处理单元和上位机，模数转换电路经控制器数据处理单元与上位机连接，还包括正弦波产生电路、反向电路、放大电路、通道选择开关、绝对值电路和峰值保持电路，正弦波产生电路输出端一路经反向电路与位置传感器的正输入端连接、另一路与位置传感器的负输入端连接，位置传感器的输出端经放大电路与通道选择开关的输入端连接，通道选择开关的输出端经绝对值电路的输入端、输出端与峰值保持电路的输入端连接，峰值保持电路的输出端与模数转换电路的输入端连接。本发明通过分立元器件搭建调理电路，具有温漂小、成本低的有益效果。

Description

LVDT位移传感器调理电路

技术领域

本发明属于一种传感器调理电路，特别是一种能将LVDT位移传感器输出信号进行处理、转化为数字信号的电路。

背景技术

LVDT位移传感器把一个线圈磁场内的芯轴的运动转换成各种各样的电子信号的传感器。LVDT位移传感器需要一个一定频率和幅值的正弦波信号输入作为激励，输出一个相同频率和幅值变化的正弦波信号，这个幅值与位移传感器的测头位移量成线性比例关系。

图1为现有技术LVDT位移传感器调理电路的电原理框图，位置传感器经AD698调理电路、模数转换电路、控制器数据处理单元与上位机连接，AD698调理电路主要采用以AD698芯片为核心的正弦波处理电路。AD698是一款完整的单芯片线性可变差分变压器(LVDT)信号调理子系统，结合LVDT使用，能够以较高精度和可重复性将传感器机械位置转换为单极性或双极性直流电压。这种调理电路虽然集成度高，结构简单，但由于AD698芯片本身的发热，会导致一定的温漂；而且AD698芯片的成本较高，这也是当前LVDT位移传感器调理器价格昂贵的原因之一。

发明内容

本发明为了克服上述不足，提出了一种LVDT位移传感器调理电路，通过分立元器件搭建调理电路，本发明的作用主要是两方面：一是产生LVDT位移传感器所需的激励正弦波信号；二是将传感器输出的正弦波信号进行处理，使之转换成一个与位移传感器的位移量对应的数字信号。

本发明的技术方案是：

一种LVDT位移传感器调理电路，包括半桥型的位置传感器、模数转换电路、控制器数据处理单元和上位机，模数转换电路经控制器数据处理单元与上位机连接，还包括正弦波产生电路、反向电路、放大电路、通道选择开关、绝对值电路和峰值保持电路，正弦波产生电路输出端一路经反向电路与位置传感器的正输入端连接、另一路与位置传感器的负输入端连接，位置传感器的输出端经放大电路与通道选择开关的输入端连接，通道选择开关的输出端经绝对值电路的输入端、输出端与峰值保持电路的输入端连接，峰值保持电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，通道选择开关的量程控制端与控制器数据处理单元的量程控制端连接，绝对值电路的两个控制端分别连接到反向电路和正弦波产生电路的输出端。

所述放大电路包括放大电路A1、放大电路A2、放大电路AN，所述通道选择开关为多选一通道选择开关，放大电路A1的输入端与所述位置传感器的输出端连接，放大电路A1的输出端一路与通道选择开关的第一输入端连接、另一路与放大电路A2的输入端连接，放大电路A2的输出端一路与通道选择开关的第二输入端连接、另一路与放大电路AN的输入端连接，放大电路AN的输出端与通道选择开关的第N输入端连接。

所述绝对值电路包括差分比较器、反相器、由两组电子开关组成的模拟开关，电阻R41、R42、R43、R44和电容C41、C42，所述差分比较器的二个输入端即为绝对值电路的两个控制端，差分比较器的二个输出端分别与模拟开关的两个控制端连接，所述通道选择开关的输出端一路与模拟开关的一个输入端连接、另一路经反相器与模拟开关的另一个输入端连接，模拟开关的二个输出端分别经由电阻R41、R42、电容C1以及R43、R44、电容C42组成的滤波电路后作为绝对值电路的输出端与所述的峰值保持电路的输入端连接。

所述峰值保持电路包括运算放大器IC5、电阻R51、R52、R53、R54和电容C51、C52，运算放大器IC5的负输入端一路经电阻R52、电容C51与所述绝对值电路的输出端连接、另一路经电阻R53接地，运算放大器IC5的正输入端一路经电阻R51与绝对值电路的输出端连接、另一路经电容C52接地，运算放大器IC5的输出端一路与电阻R52和电容C51的连接端连接，另一路经电阻R54与峰值保持电路的输出端连接。

所述模拟开关为模拟开关集成电路MAX4521。

本发明通过分立元器件搭建调理电路，具有温漂小、成本低的有益效果。

附图说明

图1为现有技术的电原理框图。

图2为本发明的电原理框图。

图3为图2的具体实施方案中部分电原理框图。

图4为本发明图3中绝对值电路的电路图。

图5为本发明图3中峰值保持电路的电路图。

图6为图4、图5相关节点波形图。

具体实施方式

如图2所示，本发明一种LVDT位移传感器调理电路的电原理框图，包括激励信号产生电路、半桥型的位置传感器、传感器信号调理电路、模数转换电路、控制器数据处理单元和上位机，激励信号产生电路的输出端输出激励正弦波信号，该信号一路经位置传感器输出与传感器信号调理电路的一个输入端连接、另一路与传感器信号调理电路的另一个输入端连接，传感器信号调理电路的输出端输出直流电压信号到模数转换电路的输入端，模数转换电路的输出端经控制器数据处理单元以上位机串口通信方式与上位机连接，该传感器信号调理电路的量程控制端与控制器数据处理单元的量程控制端连接。

如图3所示，图3的电路即为图2电路虚线部分的具体实施方案电原理框图，包括正弦波产生电路、反向电路、半桥型的位置传感器、放大电路、通道选择开关、绝对值电路和峰值保持电路，其中放大电路又包括放大电路A1、放大电路A2、放大电路AN，通道选择开关为多选一通道选择开关，正弦波产生电路的输出端产生反向正弦波，该反向正弦波信号一路经反向电路后产生正向正弦波信号，该正向正弦波信号与位置传感器的正输入端连接，该反向正弦波信号的另一路与位置传感器的负输入端连接，放大电路A1的输入端与输出正弦波信号的位置传感器的输出端连接，放大电路A1的输出端一路与通道选择开关的第一输入端S1连接、另一路与放大电路A2的输入端连接，放大电路A2的输出端一路与通道选择开关的第二输入端S2连接、另一路与放大电路AN的输入端连接，放大电路AN的输出端与通道选择开关的第N输入端SN连接，通道选择开关的输出端OUT经绝对值电路、峰值保持电路输出直流电压信号到模数转换电路，通道选择开关的量程控制端C1-Cm与控制器数据处理单元的量程控制端连接，由控制器数据处理单元输出量程控制的选择信号，绝对值电路的两个控制端分别连接到反向电路和正弦波产生电路的输出端。

如图4所示，图4为图3中绝对值电路的电路图，包括差分比较器、反相器、由两组电子开关组成的模拟开关，电阻R41、R42、R43、R44和电容C41、C42，差分比较器的二个输入端A和B即为绝对值电路的两个控制端，这两个控制端分别接收图3中反向电路的输出端输出的正向正弦波信号和正弦波产生电路输出端输出的反向正弦波信号，差分比较器的二个输出端C和D分别与模拟开关的两个控制端IN1和IN2连接，通道选择开关的输出端OUT即E端点一路与模拟开关的一个输入端COM1连接、另一路经反相器的输入端、输出端F与模拟开关的另一个输入端COM2连接，模拟开关的二个输出端NC1和NC2分别经由电阻R41、R42、电容C41以及电阻R43、R44、电容C42组成的滤波电路后作为绝对值电路的输出端P与峰值保持电路的输入端连接。滤波电容C41的正极有一个波形节点M，滤波电容C42的正极有一个波形节点N。模拟开关为模拟开关集成电路MAX4521。在模拟开关MAX4521中，有两组电子开关，IN1、IN2为逻辑电平控制端，COM1、COM2为公共的信号输入端，NC1、NC2为常闭的信号输出端，当IN1为逻辑“0”时，COM1与NC1连通；当IN1为逻辑“1”时，COM1与NC1断开；同理，当IN2为逻辑“0”时，COM2与NC2连通；当IN2为逻辑“1”时，COM2与NC2断开。

如图5所示，图5为图3中峰值保持电路的电路图。峰值保持电路包括运算放大器IC5、电阻R51、R52、R53、R54和电容C51、C52，运算放大器IC5的负输入端一路经电阻R52、电容C51与绝对值电路的输出端P连接、另一路经电阻R53接地，运算放大器IC5的正输入端一路经电阻R51与绝对值电路的输出端连接、另一路经电容C52接地，运算放大器IC5的输出端一路与电阻R52和电容C51的连接端连接，另一路经电阻R54与峰值保持电路的输出端R连接。

图6为图4、图5相关节点波形图。

Claims (5)

1.一种LVDT位移传感器调理电路，包括半桥型的位置传感器、模数转换电路、控制器数据处理单元和上位机，模数转换电路经控制器数据处理单元与上位机连接，其特征是：还包括正弦波产生电路、反向电路、放大电路、通道选择开关、绝对值电路和峰值保持电路，正弦波产生电路输出端一路经反向电路与位置传感器的正输入端连接、另一路与位置传感器的负输入端连接，位置传感器的输出端经放大电路与通道选择开关的输入端连接，通道选择开关的输出端经绝对值电路的输入端、输出端与峰值保持电路的输入端连接，峰值保持电路的输出端与模数转换电路的输入端连接，通道选择开关的量程控制端与控制器数据处理单元的量程控制端连接，绝对值电路的两个控制端分别连接到反向电路和正弦波产生电路的输出端。

2.如权利要求1所述的LVDT位移传感器调理电路，其特征是：所述放大电路包括放大电路A1、放大电路A2、放大电路AN，所述通道选择开关为多选一通道选择开关，放大电路A1的输入端与所述位置传感器的输出端连接，放大电路A1的输出端一路与通道选择开关的第一输入端连接、另一路与放大电路A2的输入端连接，放大电路A2的输出端一路与通道选择开关的第二输入端连接、另一路与放大电路AN的输入端连接，放大电路AN的输出端与通道选择开关的第N输入端连接。

3.如权利要求1或2所述的LVDT位移传感器调理电路，其特征是：所述绝对值电路包括差分比较器、反相器、由两组电子开关组成的模拟开关，电阻R41、R42、R43、R44和电容C41、C42，所述差分比较器的二个输入端即为绝对值电路的两个控制端，差分比较器的二个输出端分别与模拟开关的两个控制端连接，所述通道选择开关的输出端一路与模拟开关的一个输入端连接、另一路经反相器与模拟开关的另一个输入端连接，模拟开关的二个输出端分别经由电阻R41、R42、电容C41以及电阻R43、R44、电容C42组成的滤波电路后作为绝对值电路的输出端与所述的峰值保持电路的输入端连接。

4.如权利要求3所述的LVDT位移传感器调理电路，其特征是：所述峰值保持电路包括运算放大器IC5、电阻R51、R52、R53、R54和电容C51、C52，运算放大器IC5的负输入端一路经电阻R52、电容C51与所述绝对值电路的输出端连接、另一路经电阻R53接地，运算放大器IC5的正输入端一路经电阻R51与绝对值电路的输出端连接、另一路经电容C52接地，运算放大器IC5的输出端一路与电阻R52和电容C51的连接端连接、另一路经电阻R54与峰值保持电路的输出端连接。

5.如权利要求3所述的LVDT位移传感器调理电路，其特征是：所述模拟开关为模拟开关集成电路MAX4521。