CN101788626B

CN101788626B - 一种区分位移传感器lvdt断线方式的方法

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Publication number: CN101788626B
Application number: CN2009102641292A
Authority: CN
Inventors: 王丹麟
Original assignee: Guodian Nanjing Automation Co Ltd
Current assignee: Guodian Nanjing Automation Co Ltd
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101788626A

Abstract

本发明公开了一种区分位移传感器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；2)LVDT的后级检测电路通过检测两个次级线圈的输出值Va，Vb的大小区分出LVDT的工作状态是否正常，并在断线时检测到具体的断线组合方式。本发明在LVDT的次级线圈输出端直接叠加测试信号，正常状态检测正常输出值；在发生断线时，通过检测两个次级线圈的非正常输出值可得到LVDT断线状态并得到LVDT断线的具体组合方式，断线检测功能全面。

Description

一种区分位移传感器LVDT断线方式的方法

技术领域

本发明涉及工业控制系统中一种可区分位移传感器LVDT断线方式的方法，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，将一定频率的周期信号，加在LVDT初级线圈上，也就是所谓的初级激磁，会在次级形成2组同频率周期波形。LVDT的输出信号就是两组次级线圈输出信号，这两个信号会随着铁芯在线圈内的位置而改变，且两组信号之间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。

但是，普通的通过测量LVDT电压差计算铁芯位移的方法并不具备区别断线状态的功能，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

本发明的目的是发明一种可区分位移传感器LVDT断线的方法，达到区分LVDT正常工作与断线状态信号的目的。

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种区分位移传感器LVDT断线方式的方法，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)LVDT的后级检测电路通过检测两个次级线圈的输出值Va，Vb的大小区分出LVDT的工作状态是否正常，并在断线时检测到具体的断线组合方式。

前述的区分位移传感器LVDT断线方式的方法，其特征在于：在所述步骤2)中，通过两个次级线圈的输出值Va，Vb的值判断断线组合的方式包括以下情况：

21)当Va＝E1，Vb＝E2时，无断线发生；

22)当Va＝E1，Vb＝Vf时，则L5断线；

23)当Va＝Vf，Vb＝E2时，则L3断线；

24)当时Va＝Vf，Vb＝Vf，可能有两种情况：a)L3和L5同时断线；b)L4断线；

25)当Va＝0，Vb＝0时，L1、L2任意一端或同时发生断线；

26)当Va＝0，Vb＝Vf时，L1和L2任意一端或同时发生断线，L5断线；

27)当Va＝Vf，Vb＝0时，L1和L2任意一端或同时发生断线，L3断线，

其中，E1、E2分别为LVDT次级线圈输出电压；L3、L4、L5分别为LVDT次

级线圈三个输出端；L1和L2为LVDT初级线圈的接线端，Vf为测试信号。

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，根据不同的断线组合方式，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。LVDT的后级检测电路可通过检测两个次级线圈的输出值的大小区分出LVDT的工作状态是否正常，并在断线时检测到具体的断线组合方式。

本发明的有益效果：1)本发明提出一种通过叠加测试信号以区分位移传感器LVDT断线的硬件实现方法；2)在LVDT的次级线圈输出端直接叠加测试信号，方法简单可靠；3)在LVDT正常工作时，测试信号不会影响到两个次级线圈的正常输出值，保证输出值的准确性；4)在发生断线时，通过检测两个次级线圈的非正常输出值可得到LVDT断线的具体组合方式，断线检测功能全面。

附图说明

图1是本发明的LVDT测量原理图；

图2是本发明的区分LVDT断线的测量电路原理图。

具体实施方式

图1说明了LVDT测量原理。对LVDT初级线圈P提供一定频率的激励信号，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说明了可区分LVDT断线的测量电路原理。OSC为一定频率的激励信号，通过伺服放大器AMP的处理将该信号施加在LVDT的初级线圈上。在LVDT的次级线圈输出端L3和L4上都叠加测试信号Vf，该测试信号的值可为以下两种之一：

a)大于LVDT次级线圈正常输出最大电压Emax；

b)小于LVDT次级线圈正常输出最小电压Emin并且不等于0；

根据LVDT次级线圈工作特性可知，Emax＞Emin＞0，Emin＜E1＜Emax，Emin＜E2＜Emax。

设次级线圈的输出电压为Va，Vb。LVDT正常工作时，Va＝E1，Vb＝E2，叠加信号并不会干扰次级线圈的正常输出。后级检测电路通过测量Va，Vb并根据LVDT的输出电压与位移的线性关系进行换算后，得到当前的位移量。当LVDT发生断线时，Va，Vb根据断线状态的不同组合可为不同于E1，E2的值。通过检测到的Va，Vb的值可及时发现LVDT断线故障，并判断出当前出现断线的组合方式。表1说明了不同的断线方式与次级线圈输出值Va，Vb的对应关系。L1和L2为LVDT初级线圈的接线端，L1和L2任一端断线后Va，Vb的输出值相同，因此L1，L2断线合为同一种情况考虑。L4为LVDT次级线圈共地的接线端，L4断线后Va，Vb的输出值与两个次级线圈另外一个输出端L3，L5同时断线的值相同，合为同一种情况考虑。表1为LVDT断线组合对应输出表(0为正常，1为断线)

表1

序号	L1&L2	L3	L5	Va	Vb
						1	0	0	0	E1	E2
2	0	0	1	E1	Vf
						3	0	1	0	Vf	E2
4	0	1	1	Vf	Vf
						5	1	0	0	0	0
6	1	0	1	0	Vf
						7	1	1	0	Vf	0
8	1	1	1	Vf	Vf

注：L4，即接地线断线时，相当于L3，L5同时断线。

因此，通过Va，Vb的值判断断线组合的方式可有以下几种情况：

1)当Va＝E1，Vb＝E2时，无断线发生。当Va，Vb都处于LVDT正常输出范围内时，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Va＝E1，Vb＝Vf时，则L5断线。此时，Va处于LVDT正常输出范围，L5已断线，输出为叠加在该端上的测试信号Vf。

3)当Va＝Vf，Vb＝E2时，则L3断线。此时，Vb处于LVDT正常输出范围，L3已断线，输出为叠加在该端上的测试信号Vf。

4)当Va＝Vf，Vb＝Vf时，这时可能有两种情况：a)L3和L5同时断线；

b)L4断线。这种情况下无法再判断L1和L2的状态。此时Va和Vb都等于测试信号Vf。

5)当Va＝0，Vb＝0时，L1&L2断线。此时，L3，L5的接线都是正常的，但初级线圈已失去激励信号，因此次级线圈输出为0，说明L1和L2任意一端或同时发生断线。

6)当Va＝0，Vb＝Vf时，L1&L2，L5断线。Va＝0，次级线圈输出为0，说明L1和L2任意一端或同时发生断线。同时Vb＝Vf，说明L5已断线，输出为叠加在该端上的测试信号Vf。

7)当Va＝Vf，Vb＝0时，L1&L2，L3断线。Vb＝0，次级线圈输出为0，说明L1和L2任意一端或同时发生断线。同时Va＝Vf，说明L3已断线，输出为叠加在该端上的测试信号Vf。

由此可见，通过在次级线圈输出端叠加测试信号Vf的方法，可以获得7种LVDT的工作状态，实现对LVDT工作情况的实时监测，能够及时发现断线故障，提高了LVDT工作电路的可靠性。

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

1.一种区分位移传感器LVDT断线方式的方法，其特征在于：包括以下步骤：

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)LVDT的后级检测电路通过检测两个次级线圈的输出值Va，Vb的大小区分出LVDT的工作状态是否正常，并在断线时检测到具体的断线组合方式，

在所述步骤2)中，通过两个次级线圈的输出值Va，Vb的值检测到具体的断线组合方式包括以下情况：

1)当Va＝E1，Vb＝E2时，无断线发生；

2)当Va＝E1，Vb＝Vf时，则L5断线；

3)当Va＝Vf，Vb＝E2时，则L3断线；

4)当时Va＝Vf，Vb＝Vf，可能有两种情况：a)L3和L5同时断线；b)L4断线；

5)当Va＝0，Vb＝0时，L1、L2任意一端或同时发生断线；

6)当Va＝0，Vb＝Vf时，L1和L2任意一端或同时发生断线，L5断线；

7)当Va＝Vf，Vb＝0时，L1和L2任意一端或同时发生断线，L3断线，其中，E1、E2分别为LVDT次级线圈输出电压；L3、L4、L5分别为LVDT次级线圈三个输出端；L1和L2为LVDT初级线圈的接线端，Vf为测试信号。