CN101769709B - 检测位移传感器lvdt断线的模拟电路及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测位移传感器LVDT断线的模拟电路，包括位移传感器LVDT，所述位移传感器LVDT的初级线圈与激励信号源相连，其特征在于：位移传感器LVDT的次级线圈的输出端分别与一测试信号相连，并分别通过滤波整流电路与一多路选择开关相连，预先约定的不同组别组合、在LVDT断线时输出的断线电压同时接入多路选择开关；LVDT的次级线圈的两个输出端电压分别与一组比较电压组合接入各比较器，各比较器通过逻辑或运算器接入到多路选择开关的输出控制端，多路选择开关同时与伺服放大器相连。本发明只需要通过硬件电路就可以直接实现对断线状态的检测，方法简单可靠。

Description

检测位移传感器LVDT断线的模拟电路及其检测方法

技术领域

本发明涉及工业控制系统中一种检测位移传感器LVDT断线的方法，具体应用于一些可靠性要求较高的工业控制系统位置测量如数字式电气液压控制系统(DEH)的液位测量中，属于电力系统自动控制技术领域。

背景技术

LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出电压之差与铁芯移动成线性关系。LVDT在很多工业控制系统中主要用于测量直线上的位置信号。如在数字式电气液压控制系统(DEH)中，LVDT是油动机行程的实时反馈系统，伺服放大器通过它的反馈信号和主控单元的指令进行比较从而调整输出信号，实现对油动机的稳定快速控制。

LVDT的可动元件是一个具透磁性的管状铁芯，此铁芯可以在中空成型的线圈内自由移动，并和欲测量位置的物体结合在一起。在使用时，将一定频率的交流电加在LVDT初级线圈上，也就是所谓的初级激磁。LVDT的输出信号就是两组次级线圈之间的交流电压差，此电压差会随着铁芯在线圈内的位置而改变，且电压差的改变与铁芯在线圈内的位置成线性关系。因此，通过测量电压差，然后经过一定的计算就可以获得铁芯的位置。

LVDT常用方式是配合LVDT变送器或专用测量芯片AD598等使用。LVDT变送器具有信号调理模拟电路，通过将LVDT输出的两个线圈输出电压之差信号转换成电信号，将位移信号转换成常用的热工直流4-20mA电流或直流0-5V电压等信号输出再测量使用。专用的AD598等专用芯片内部将位置信号转换成电信号输出再测量使用。

但是，这两种方法由于现有模拟电路转换方式的局限，不具备断线检测功能，在接线故障或LVDT故障时，无法正确及时判别信号故障情况。在一些可靠性要求较高的应用场合比如DEH系统液位测量等，当信号断线时又无法及时准确判别会造成很大的故障隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种检测位移传感器LVDT断线的模拟电路及其检测方法，达到可以及时有效检测LVDT正常信号、断线状态及断线组合方式的目的。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种检测位移传感器LVDT断线的模拟电路，包括位移传感器LVDT，所述位移传感器LVDT的初级线圈与激励信号源相连，其特征在于：位移传感器LVDT的次级线圈的输出端分别与一测试信号相连，并分别通过滤波整流电路与一多路选择开关相连，预先约定的不同组别组合、在LVDT断线时输出的断线电压同时接入多路选择开关；LVDT的次级线圈的两个输出端电压分别与一组比较电压两两组合接入各比较器，各比较器通过逻辑或运算器接入到多路选择开关的输出控制端，多路选择开关同时与伺服放大器相连。

一种检测位移传感器LVDT断线的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对LVDT初级线圈提供一定频率的激励，在LVDT两个次级线圈输出部分分别叠加测试信号，所述测试信号可为以下两种信号之一：

a)大于LVDT次级线圈正常输出最大电压；

b)小于LVDT次级线圈正常输出最小电压并且不等于0；

2)正常工作时，LVDT两个次级线圈输出均为正常值，该值介于LVDT正常输出最大值和最小值之间。当LVDT的初级或次级发生断线或故障时，两个次级线圈就会输出相应的零值或叠加信号的非正常值。两路次级电压信号进行滤波整流，获得电压差并通过整流放大得到对应的直流输出信号的同时，将两路次级电压信号分别与一组预先设定好的比较电压通过比较器进行比较，所述比较信号为以下两种信号：

a)比较信号1应介于正常信号与叠加信号之间；

b)比较信号2应介于正常信号和叠加信号中较小者与0之间；

3)得到的比较结果根据与激励信号、两组次级线圈信号共3组信号的不同组合的断线信号的对应方式搭建组合逻辑电路，逻辑运算后控制多路选择开关，多路选择开关的一路接直流输出信号，另一路接预先约定好的不同组别断线信号，同时多路选择开关的输出信号经伺服放大器输出，当LVDT正常工作时，多路选择开关允许直流输出信号输出；当发生断线时，不同组别断线信号会使比较器得到不同的结果，并通过组合逻辑可得出不同的选通信号，根据断线组合方式选通开关给出不同的断线信号输出。可以通过判断输出信号是否等于各组合方式的断线信号获得断线及其组合方式状态，所述断线信号应设置在测量信号的范围之外，并且不同组合方式设置不同的断线信号。

前述的检测位移传感器LVDT断线的方法，其特征在于：在所述步骤3)中，

31)当Vcmp1＜VA＜Vcmp2，Vcmp1＜VB＜Vcmp2时，判断为LVDT的各个接线端接线正常，无断线发生，LVDT工作正常；

32)当Vcmp1＜VA＜Vcmp2，Vcmp2＜VB时，则仅b组次级线圈断线；

33)当Vcmp2＜VA，Vcmp1＜VB＜Vcmp2时，则仅a组次级线圈断线；

34)当Vcmp2＜VA，Vcmp2＜VB时，可能有两种情况：a)a组次级线圈和b组次级线圈同时断线；b)激励信号、a组次级线圈和b组次级线圈3组信号同时断线；

35)当Vcmp2＜VA，VB＜Vcmp1时，则激励与a组次级线圈同时断线；

36)当VA＜Vcmp1，Vcmp2＜VB时，则激励与b组次级线圈同时断线；

37)当VA＜Vcmp1，VB＜Vcmp1时，则a组、b组次级线圈同时断线，

其中，VA、VB为LVDT两次级线圈的输出电压；Vcmp1、Vcmp2为比较电压。

本发明的有益效果：本发明提出一种检测位移传感器LVDT断线输出的解决方案，只需要通过硬件电路就可以直接实现对断线状态的检测，方法简单可靠。

附图说明

图1是LVDT的测量原理图；

图2是常用的LVDT变送器的测量原理图；

图3是本发明的检测位移传感器LVDT断线的模拟电路的测量原理图。

具体实施方式

图1说明了LVDT测量原理。将一定频率的交流电加在LVDT初级线圈P上，当LVDT铁芯发生移动时，次级两个线圈的输出电压差与铁芯的位移成线性关系。当铁芯处在次级绕组S1、S2的中间时，E1＝E2，输出电压为0。铁芯向S1方向移动时，E1＞E2；当铁芯向S2移动时，E2＞E1。因此，可以根据输出电压和铁芯位移的线性关系对输出电压进行采集和换算从而得到铁芯的位移量。

图2说明了常用的LVDT变送器的测量原理，该LVDT测量电路也可直接使用LVDT信号调节系AD598替代。OSC为一定频率的激励信号，通过伺服放大器AMP的处理将该交流电施加在LVDT的初级线圈上。铁芯位于初级线圈和次级两个线圈之间，次级两个线圈的一端都接地。当铁芯发生位移时，次级两个线圈通过电磁感应产生输出电压Va，Vb，从而获得一个输出电压差(Va-Vb)/(Va+Vb)。输出电压差通过FILTER进行一定的滤波整流转换成直流信号再通过伺服放大器AMP产生4-20mA电流或0-5V电压的输出信号Vout。通过测量Vout然后进行相应的线性转换即可得到铁芯的位移量。采用此方式测量无法区分断线与正常信号。

图3说明了检测位移传感器LVDT断线的模拟电路的测量原理图。即在次级线圈输出电压Va，Vb上叠加一个检测信号Vf，由Va，Vb通过FILTER进行一定的滤波整流转换成直流信号并获得一个输出电压差(VA-VB)/(VA+VB)，接到多路选择开关Switch上。Switch的另一组输入为Vcutoff1，Vcutoff2，......Vcutoffn(n＝1，2，......7)。Vcutoff1，Vcutoff2，......Vcutoffn为预先约定的不同组别组合LVDT断线时输出的断线电压，它们的值不在LVDT正常测量输出电压范围内且互不相等。同时，VA，VB分别通过比较器与一组比较电压Vcmp1，Vcmp2进行比较，比较的结果通过逻辑或运算输出到Switch的输出控制端。以Vf大于LVDT次级线圈正常输出最大电压为例，比较信号1(Vcmp1)大于LVDT次级线圈正常输出最大电压小于Vf，比较信号2(Vcmp2)小于LVDT次级线圈正常输出最大电压大于0。则逻辑为：

1)当Vcmp1＜VA＜Vcmp2，Vcmp1＜VB＜Vcmp2时，说明LVDT的各个接线端接线正常，无断线发生，LVDT工作正常；

2)当Vcmp1＜VA＜Vcmp2，Vcmp2＜VB时，则仅b组次级线圈断线；

3)当Vcmp2＜VA，Vcmp1＜VB＜Vcmp2时，则仅a组次级线圈断线；

4)当Vcmp2＜VA，Vcmp2＜VB时，可能有两种情况：a)a组次级线圈和b组次级线圈同时断线；b)激励与a组次级线圈和b组次级线圈3组信号同时。这种情况下无法再判断激励的状态，需人工排除a组次级线圈或b组次级线圈任一或两个故障才能判断激励状态；

5)当Vcmp2＜VA，VB＜Vcmp1时，则激励与a组次级线圈同时断线；

6)当VA＜Vcmp1，Vcmp2＜VB时，则激励与b组次级线圈同时断线；

7)当VA＜Vcmp1，VB＜Vcmp1时，则a组、b组次级线圈同时断线。

比较器输出通过组合逻辑运算后控制多路选择开关，通过FILTER处理后的对应状态的直流信号被选通，该直流信号经伺服放大器放大后输出。当正常工作未断线时，位移信号对应线性电压被选通输出；LVDT发生断线时，预先约定的对应该组别组合的Vcutoffn(n＝0，1......7)被选通，它经伺服放大器放大后输出。因此使用者可以通过判断输出值判断LVDT是否断线，并在断线时根据输出等于何种组别对应的Vcutoffn来判断LVDT断线的组别组合方式。

以上仅以最佳实施例对本发明做进一步的说明，然其并非对本发明的限定，本发明的保护范围以表示在权利要求的内容为准。

Claims (2)

1.一种检测位移传感器LVDT断线的模拟电路，包括位移传感器LVDT，所述位移传感器LVDT的初级线圈与激励信号源相连，其特征在于：位移传感器LVDT的次级线圈的输出端分别与一测试信号相连，并分别通过滤波整流电路与一多路选择开关相连，预先约定的不同组别组合在LVDT断线时输出的断线电压同时接入多路选择开关；LVDT的次级线圈的两个输出端电压分别与一组比较电压两两组合接入各比较器，各比较器通过逻辑或运算器接入到多路选择开关的输出控制端，多路选择开关同时与伺服放大器相连。

2.一种检测位移传感器LVDT断线的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对LVDT初级线圈提供一定频率的激励，在LVDT两个次级线圈输出部分分别叠加测试信号，所述测试信号为以下两种信号之一：

a)大于LVDT次级线圈正常输出最大电压；

b)小于LVDT次级线圈正常输出最小电压并且不等于0；

2)对两路次级线圈输出电压信号进行滤波整流，获得电压差并通过整流放大得到对应的直流输出信号的同时，将LVDT两路次级线圈输出电压信号分别与一组预先设定的比较电压通过比较器进行比较，所述比较信号为以下两种信号：

a)比较信号1介于正常信号与叠加测试信号之间；

b)比较信号2介于正常信号和叠加测试信号中较小者与0之间；

3)得到的比较结果根据与激励信号、两路次级线圈输出电压信号共3组信号的不同组合的断线信号的对应方式搭建组合逻辑电路，逻辑运算后控制多路选择开关，多路选择开关的一路接直流输出信号，另一路接预先约定的各组合方式的断线信号，同时多路选择开关的输出信号经伺服放大器输出，通过判断经

伺服放大器的输出信号是否等于各组合方式的断线信号可获得断线及其组合方式状态，所述断线信号设置在测量信号的范围之外，并且不同组合方式设置不同的断线信号。

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