CN102818513B - 一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法，该装置包括计算机：为产生激磁电压信号并计算被测装置行程的装置；模拟量输出采集卡：用于为线性可变差动变压器LVDT提供所需激磁电压信号的装置；正弦波功率放大器：为将模拟量输出采集卡输出的激磁电压信号进行放大的装置；线性可变差动变压器LVDT：为在铁芯跟随被测装置进行往返运动过程中，产生正弦电压信号的装置；模拟量输入采集卡：用于采集线性可变差动变压器LVDT输出的正弦电压信号的装置，本发明采用了线性可变差动变压器LVDT信号软解调技术，并辅以相应的硬件控制软件，能够适应线性可变差动变压器LVDT参数的变化，实现试验的柔性控制，节省维护费用和制造解调装置的时间。

Description

一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法

技术领域

本发明属于电气测量控制技术领域，具体涉及一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法。

背景技术

线性可变差动变压器（以下简称LVDT），是检测位移的传感器，在实际中可用于检测发动机矢量喷管液压作动筒的行程，其工作原理是变压器的铁心可以伸缩，与作动筒作适当的机械连接就可以测量作动筒的行程，它的输出信号为两组同频率、幅值变化相反的交流信号，用来表示动作的行程和方向，但这种信号需要解调转换成标准信号才能被后面的数据采集电路或数字仪表使用。LVDT的解调通常采用专用电路，如基于AD598芯片的LVDT信号解调装置，但一台解调装置只能适用于一种参数的LVDT，发动机矢量喷管正处于研制阶段，因LVDT选型时，参数发生变化，使得试验用控制器需要经常改造以适应其变化，需要不断增加后续维护费用，并且影响试验进度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提出一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法，以实现柔性控制、节约成本和节省制造解调装置时间的目的。

一种线性可变差动变压器的解调装置，该装置包括：

计算机：为产生激磁电压信号并计算被测装置行程的装置；

在所述计算机的内部，还设置有：

正弦波发生器：用于产生线性可变差动变压器LVDT所需的激磁电压信号；

行程计算器：用于将线性可变差动变压器LVDT输出的正弦电压信号转换成行程；

模拟量输出采集卡：用于为线性可变差动变压器LVDT提供所需激磁电压信号的装置；

正弦波功率放大器：为将模拟量输出采集卡输出的激磁电压信号进行放大的装置；

线性可变差动变压器LVDT：为在铁芯跟随被测装置进行往返运动过程中，产生正弦电压信号的装置；

模拟量输入采集卡：用于采集线性可变差动变压器LVDT输出的正弦电压信号的装置。

所述的线性可变差动变压器LVDT的铁芯连接被检测装置，用于检测被测装置的行程。

采用线性可变差动变压器的解调装置进行软解调的方法，包括以下步骤：

步骤1、参数初始化；初始化参数包括线性可变差动变压器LVDT的激磁电压、激磁频率、线性可变差动变压器LVDT极限量程和线性可变差动变压器LVDT极限量程对应的输出电压；

步骤2、设置计算机内的正弦波发生器产生正弦波电压信号，正弦波电压信号经模拟量输出采集卡输出；

步骤3、正弦波功率放大器将步骤2输出的正弦波电压信号放大后发送至线性可变差动变压器LVDT，即在线性可变差动变压器LVDT上施加激磁电压；

步骤4、线性可变差动变压器LVDT根据其内部铁芯随被测装置的移动情况，其次级线圈输出正弦电压信号Va和Vb，上述两路正弦电压信号Va和Vb经模拟量输入采集卡读入到计算机；

步骤5、计算机内部的行程计算器对正弦电压信号Va和Vb进行调节，并计算被测装置的行程；正弦电压信号Va和Vb的“正”、“负”符号反映了铁芯运动的方向，根据下列公式计算求出铁芯实际行程d：

（d-0）/（Va-Vb）=（Dm-0）/（Vam-Vbm）                （1）

其中，d表示为铁芯实际行程；

Va表示线性可变差动变压器LVDT的第一输出正弦电压信号；

Vb表示线性可变差动变压器LVDT的第二输出正弦电压信号；

Dm表示线性可变差动变压器LVDT的极限量程；

Vam表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第一输出正弦电压信号；

Vbm表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第二输出正弦电压信号；

由公式（1）推导得出铁芯实际行程，即被测装置的行程为：

d=（Va-Vb）×Dm/（Vam-Vbm）            （2）

本发明优点：

本发明一种线性可变差动变压器的解调装置及软解调方法，采用了线性可变差动变压器LVDT信号软解调技术，并辅以相应的硬件控制软件，能够适应线性可变差动变压器LVDT参数的变化，实现了试验的柔性控制，节省了维护费用和制造解调装置的时间。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构框图；

其中，1-计算机；2-模拟量输出采集卡；3-正弦波功率放大器；4-线性可变差动变压器LVDT；5-模拟量输入采集卡；

图2为本发明一种实施例的装置电路图；

其中U1-计算机的机箱，U2-计算机的控制器，U3-模拟量输入采集卡，U4-模拟量输出采集卡，U5-正弦波信号功率放大器，U6~U11-线性可变差动变压器LVDT；

图3为本发明一种实施例的软解调流程图；

图4为本发明一种实施例的线性可变差动变压器的软解调参数关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。

如图1所示，一种线性可变差动变压器的解调装置，该装置包括：计算机1：为产生激磁电压信号并计算被测装置行程的装置；在所述计算机1的内部，还设置有：正弦波发生器：用于产生线性可变差动变压器LVDT4所需的激磁电压信号；行程计算器：用于将线性可变差动变压器LVDT4输出的正弦电压信号转换成行程；模拟量输出采集卡2：用于为线性可变差动变压器LVDT4提供所需激磁电压信号的装置；正弦波功率放大器3：为将模拟量输出采集卡2输出的激磁电压信号进行放大的装置；线性可变差动变压器LVDT4：为在铁芯跟随被测装置进行往返运动过程中，产生正弦电压信号的装置；模拟量输入采集卡5：用于采集线性可变差动变压器LVDT4输出的正弦电压信号的装置。所述的线性可变差动变压器LVDT的铁芯连接被检测装置，用于检测被测装置的行程。

本发明实施例用于检测发动机矢量喷管液压作动筒的行程，其工作原理是线性可变差动变压器LVDT的铁芯可以伸缩，上述的铁芯与发动机矢量喷管液压作动筒连接，即可以测量作动筒的行程。

图2为本发明一种实施例的装置电路图，其中U1为机箱，U2为控制器，U3为模拟量输入采集卡，U4为模拟量输出采集卡，U5为正弦波信号功率放大器，U6~U11为线性可变差动变压器LVDT。本实施例中各部件的选型如表1所示：

表1

本发明实施例中，计算机的控制器U2、模拟量输入采集卡U3和模拟量输出采集卡U4都安装在计算机机箱U1内，它们之间靠PXI总线连接，模拟量输出采集卡U4的输出端AO0和AO GND分别连接正弦波信号功率放大器U5的Vi和Gnd输入端；正弦波信号功率放大器U5的输出端Vo1~Vo6依次连接线性可变差动变压器LVDT U6~U11的初级线圈的一端，正弦波信号功率放大器U5的输出端Gnd依次连接线性可变差动变压器LVDT U6~U11的初级线圈的另一端；线性可变差动变压器LVDT U6的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI0、AIGND和AI1；线性可变差动变压器LVDTU7的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI2、AIGND和AI3；线性可变差动变压器LVDT U8的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI4、AIGND和AI5；线性可变差动变压器LVDT U9的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI6、AIGND和AI7；线性可变差动变压器LVDT U10的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI8、AIGND和AI9；线性可变差动变压器LVDT U11的次级线圈上端、中端和下端依次连接模拟量输入采集卡U3的输入端AI10、AIGND和AI11；

U2是安装了Windows操作系统的计算机。模拟量输入采集卡U3和模拟量输出采集卡U4的电压量程选为10V，采样率选为100K。在计算机内部的正弦波发生器中设定激磁频率为3000Hz，激磁电压为3V，则模拟量输出采集卡U4输出频率为3000Hz，电压有效值为3V的正弦波，由于模拟量输出采集卡的信号电流小，不足以驱动线性可变差动变压器LVDT，所以在模拟量输出采集卡和线性可变差动变压器LVDT之间设置正弦波信号功率放大器U5。本发明实施例中的正弦波信号功率放大器以LM324芯片为核心进行设计。U6~U11是线性可变差动变压器LVDT传感器，在正弦波激励下，输出与发动机矢量喷管液压作动筒位移对应的0～3V，3000Hz的Va和Vb信号，Va和Vb信号幅值的变化趋势相反，经模拟量输入采集卡U3输入给计算机控制器U2，在计算机控制器里通过行程计算器转换成LVDT的具有方向的位移。

采用本发明实施例设计的矢量喷管控制装置，在发动机矢量喷管因LVDT选型，参数发生变化时，不用更改控制系统硬件，就能适应这种变化，实现了发动机矢量喷管试验的柔性控制，节省了维护费用，加速了试验进程。

采用线性可变差动变压器的解调装置进行软解调的方法，如流程图3所示，包括以下步骤：

步骤1、参数初始化；初始化参数包括线性可变差动变压器LVDT的激磁电压、激磁频率、线性可变差动变压器LVDT极限量程和线性可变差动变压器LVDT极限量程对应的输出电压；

步骤2、设置计算机内的正弦波发生器产生正弦波电压信号，正弦波电压信号经模拟量输出采集卡输出；

步骤3、正弦波功率放大器将步骤2输出的正弦波电压信号放大后发送至线性可变差动变压器LVDT，即在线性可变差动变压器LVDT上施加激磁电压；

步骤4、线性可变差动变压器LVDT根据其内部铁芯随被测装置的移动情况，其次级线圈输出正弦电压信号Va和Vb，上述两路正弦电压信号Va和Vb经模拟量输入采集卡读入到计算机；

步骤5、计算机内部的行程计算器对正弦电压信号Va和Vb进行调节，并计算被测装置的行程；正弦电压信号Va和Vb的“正”、“负”符号反映了铁芯运动的方向，根据下列公式计算求出铁芯实际行程d：

（d-0）/（Va-Vb）=（Dm-0）/（Vam-Vbm）            （1）

其中，d表示为铁芯实际行程；

Va表示线性可变差动变压器LVDT的第一输出正弦电压信号；

Vb表示线性可变差动变压器LVDT的第二输出正弦电压信号；

Dm表示线性可变差动变压器LVDT的极限量程；

Vam表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第一输出正弦电压信号；

Vbm表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第二输出正弦电压信号；

由公式（1）推导得出铁芯实际行程，即被测装置的行程为：

d=（Va-Vb）×Dm/（Vam-Vbm）            （2）

Claims (2)

1.一种线性可变差动变压器的解调装置，该装置包括：计算机(1)：为产生激磁电压信号并计算被测装置行程的装置；在所述计算机(1)的内部设置有：正弦波发生器：用于产生线性可变差动变压器LVDT(4)所需的激磁电压信号；模拟量输出采集卡(2)：用于为线性可变差动变压器LVDT(4)提供所需激磁电压信号的装置；正弦波功率放大器(3)：为将模拟量输出采集卡(2)输出的激磁电压信号进行放大的装置；模拟量输入采集卡(5)：用于采集线性可变差动变压器LVDT(4)输出的正弦电压信号的装置；其特征在于：计算机(1)的内部还设置有：

行程计算器：用于将线性可变差动变压器LVDT(4)输出的正弦电压信号转换成行程；

线性可变差动变压器LVDT(4)：为在铁芯跟随被测装置进行往返运动过程中，产生正弦电压信号的装置；所述的线性可变差动变压器LVDT的铁芯连接被检测装置，用于检测被测装置的行程。

2.采用权利要求1所述的线性可变差动变压器的解调装置进行软解调的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、参数初始化；初始化参数包括线性可变差动变压器LVDT的激磁电压、激磁频率、线性可变差动变压器LVDT极限量程和线性可变差动变压器LVDT极限量程对应的输出电压；

步骤2、设置计算机内的正弦波发生器产生正弦波电压信号，正弦波电压信号经模拟量输出采集卡输出；

步骤3、正弦波功率放大器将步骤2输出的正弦波电压信号放大后发送至线性可变差动变压器LVDT，即在线性可变差动变压器LVDT上施加激磁电压；

步骤4、线性可变差动变压器LVDT根据其内部铁芯随被测装置的移动情况，其次级线圈输出正弦电压信号Va和Vb，上述两路正弦电压信号Va和Vb经模拟量输入采集卡读入到计算机；

步骤5、计算机内部的行程计算器对正弦电压信号Va和Vb进行调节，并计算被测装置的行程；正弦电压信号Va和Vb的“正”、“负”符号反映了铁芯运动的方向，根据下列公式计算求出铁芯实际行程d：

(d-0)/(Va-Vb)＝(Dm-0)/(Vam-Vbm)    (1)

其中，d表示为铁芯实际行程；

Va表示线性可变差动变压器LVDT的第一输出正弦电压信号；

Vb表示线性可变差动变压器LVDT的第二输出正弦电压信号；

Dm表示线性可变差动变压器LVDT的极限量程；

Vam表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第一输出正弦电压信号；

Vbm表示线性可变差动变压器LVDT为极限量程时的第二输出正弦电压信号；

由公式(1)推导得出铁芯实际行程，即被测装置的行程为：

d＝(Va-Vb)×Dm/(Vam-Vbm)    (2)。