CN104913713A - 一种基于lvdt的信号调理系统及方法 - Google Patents

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史丽晨
张霄
岑立长
王龙
贠志达
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Abstract

本发明公开了一种基于LVDT的信号调理系统及方法，包括信号发生器、第一倒相电路、LVDT位移传感器、时钟方波生成电路、第二倒相电路、MAX4521电路、第一滤波电路、第一放大电路及输出端口。本发明可以有效地解决LVDT位移传感器输出的位移信号相位漂移的问题，并且绝对误差较低。

Description

一种基于LVDT的信号调理系统及方法
技术领域
本发明属于电力系统自动控制技术领域，涉及一种信号调理系统及方法，具体涉及一种基于LVDT的信号调理系统及方法。
背景技术
LVDT位移传感器全称为：(Linear Variable DifferentialTransformer)全世界第一个LVDT商业化产品于1948年在美国Schaevitz公司诞生，经过60多年的发展，LVDT产品已被全球大多数国家在机械、电力、电子、汽车、航空航天、冶金、煤炭、石油、交通、轻工、纺织、建材、水利等行业的工矿企业、研究所、大学、国防军工等单位广泛用于自动控制和自动测量。用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。本发明型专利主要是通过改变传统的AD698型单片式线性位移差分变压器控制输出信号，使之更加小型化。
LVDT位移传单器突出的优点有：1)结构简单、工作可靠、线性度好、可靠性好；2)非接触式测量，使用寿命长；3)最高精度可达0.05％，绝对误差1μm，重复性0.1μm；4)灵敏度高，每毫米位移量输出信号电压可高达几百mV到几伏，但现有的LVDT位移传感器往往存在输出的位移信号相位漂移的问题，并且绝对误差较高，不能满足实际应用的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于LVDT的信号调理系统及方法，该系统及方法可以有效地解决LVDT位移传感器输出的位移信号相位漂移的问题，并且绝对误差较低。
为达到上述目的，本发明所述的基于LVDT的信号调理系统包括信号发生器、第一倒相电路、LVDT位移传感器、时钟方波生成电路、第二倒相电路、MAX4521电路、第一滤波电路、第一放大电路及输出端口；
信号发生器的输出端与第一倒相电路的输入端相连接，第一倒相电路的输出端分别与时钟方波生成电路的控制端及LVDT位移传感器的驱动端相连接，LVDT位移传感器的输出端与第二倒相电路的输入端相连接，第二倒相电路的输出端与MAX4521电路的输入端相连接，时钟方波生成电路的输出端与MAX4521电路的控制端相连接，MAX4521电路的输出端与第一滤波电路的输入端相连接，第一滤波电路的输出端与第一放大电路的输入端相连接，第一放大电路的输出端与输出端口相连接。
所述信号发生器的输出端依次经第二放大电路、第二滤波电路与第一倒相电路的输入端相连接。
所述LVDT位移传感器的输出端依次经第三放大电路与第二倒相电路的输入端相连接。
所述第一滤波电路的输出端通过差分电路与第一放大电路的输入端相连接。
所述第一放大电路的输出端经第三滤波电路与输出端口相连接。
所述差分电路的输出端与第一放大电路的输入端通过第四滤波电路相连接。
所述信号发生器为MAX038信号发生器。
所述时钟方波生成电路为LM360比较器。
本发明所述的基于LVDT的信号调理方法包括以下步骤：
1)信号发生器产生正弦波信号，所述正弦波信号经放大及滤波后进入到第一倒相电路中，所述第一倒相电路根据滤波处理后的正弦波信号生成两个激励信号，时钟方波生成电路根据所述两路激励信号生成时钟方波信号，并输出所述时钟方波信号，LVTD位移传感器根据所述两路激励信号将位移信号转换为电信号，并输出所述电信号；
2)所述电信号经放大进入到第二倒相电路中，第二倒相电路根据经放大后的电信号生成两路信号，MAX4521电路通过时钟方波信号对所述两路信号进行斩波，生成连续的馒头波，所述馒头波经第一滤波电路滤波处理转换为直流信号；
3)步骤2)中的直流信号经差分电路与地面做差分输出，滤除外界干扰，差分处理后的直流信号经二阶滤波消除内部干扰信号，然后再经第一放大电路放大及一阶滤波处理后通过输出端口输出。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于LVDT的信号调理系统及方法在进行信号处理的过程中，通过第一倒相电路生成两路激励信号，LVDT位移传感器根据所述两路激励信号将位移信号转换为电信号，第二倒相电路根据所述电信号生成两路信号，时钟方波生成电路根据所述两路激励信号生成时钟方波信号，MAX4521电路根据所述时钟方波信号将所述两路信号转换为馒头波，从而可以有效地解决LVDT位移传感器输出的位移信号相位漂移的问题，同时，所述馒头波经第一滤波电路生成直流信号，然后通过第一放大电路调整其幅值，从而降低LVDT位移传感器输出的信号的绝对误差，经本发明处理后的信号的绝对误差小于等于0.1μm，结构简单，工作可靠，重复性较好。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为本发明中信号发生器1的电路图；
图3为本发明中第二放大电路2的电路图；
图4为本发明中第二滤波电路3的电路原理图；
图5为本发明中第一倒相电路4的电路原理图；
图6为本发明中第三放大电路7的电路原理图；
图7为本发明中第二倒相电路8的电路原理图；
图8为本发明中时钟方波生成电路5的电路原理图；
图9为本发明中MAX4521电路9的电路原理图；
图10为本发明中第一滤波电路10的电路原理图；
图11为本发明中差分电路11的电路原理图；
图12为本发明中第四滤波电路12的电路原理图；
图13为本发明中第一放大电路13的电路原理图；
图14为本发明中第三滤波电路14的电路原理图。
图15为本发明中信号发生器1产生的正弦波信号的示意图；
图16(a)为本发明中第二倒相电路8产生的一路信号的示意图；
图16(b)为本发明中第二倒相电路8产生的另一路信号的示意图；
图17为本发明中馒头波的示意图。
其中，1为信号发生器、2为第二放大电路、3为第二滤波电路、4为第一倒相电路、5为时钟方波生成电路、6为LVDT位移传感器、7为第三放大电路、8为第二倒相电路、9为MAX4521电路、10为第一滤波电路、11为差分电路、12为第四滤波电路、13为第一放大电路、14为第三滤波电路、15为输出端口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于LVDT的信号调理系统包括信号发生器1、第一倒相电路4、LVDT位移传感器6、时钟方波生成电路5、第二倒相电路8、MAX4521电路9、第一滤波电路10、第一放大电路13及输出端口15；信号发生器1的输出端与第一倒相电路4的输入端相连接，第一倒相电路4的输出端分别与时钟方波生成电路5的控制端及LVDT位移传感器6的驱动端相连接，LVDT位移传感器6的输出端与第二倒相电路8的输入端相连接，第二倒相电路8的输出端与MAX4521电路9的输入端相连接，时钟方波生成电路5的输出端与MAX4521电路9的控制端相连接，MAX4521电路9的输出端与第一滤波电路10的输入端相连接，第一滤波电路10的输出端与第一放大电路13的输入端相连接，第一放大电路13的输出端与输出端口15相连接。
需要说明的是，所述信号发生器1的输出端依次经第二放大电路2、第二滤波电路3与第一倒相电路4的输入端相连接；LVDT位移传感器6的输出端依次经第三放大电路7与第二倒相电路8的输入端相连接；第一滤波电路10的输出端通过差分电路11与第一放大电路13的输入端相连接；第一放大电路13的输出端经第三滤波电路14与输出端口15相连接；差分电路11的输出端与第一放大电路13的输入端通过第四滤波电路12相连接；信号发生器1为MAX038信号发生器；时钟方波生成电路5为LM360比较器。
本发明所述的基于LVDT的信号调理方法包括以下步骤：
1)信号发生器1产生正弦波信号，所述正弦波信号经放大及滤波后进入到第一倒相电路4中，所述第一倒相电路4根据滤波处理后的正弦波信号生成两个激励信号，时钟方波生成电路5根据所述两路激励信号生成时钟方波信号，并输出所述时钟方波信号，LVTD位移传感器根据所述两路激励信号将位移信号转换为电信号，并输出所述电信号；
2)所述电信号经放大进入到第二倒相电路8中，第二倒相电路8根据经放大后的电信号生成两路信号，MAX4521电路9通过时钟方波信号对所述两路信号进行斩波，生成连续的馒头波，所述馒头波经第一滤波电路10滤波处理转换为直流信号；
3)步骤2)中的直流信号经差分电路11与地面做差分输出，滤除外界干扰，差分处理后的直流信号经二阶滤波消除内部干扰信号，然后再经第一放大电路13放大及一阶滤波处理后通过输出端口15输出。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，包括信号发生器(1)、第一倒相电路(4)、LVDT位移传感器(6)、时钟方波生成电路(5)、第二倒相电路(8)、MAX4521电路(9)、第一滤波电路(10)、第一放大电路(13)及输出端口(15)；
信号发生器(1)的输出端与第一倒相电路(4)的输入端相连接，第一倒相电路(4)的输出端分别与时钟方波生成电路(5)的控制端及LVDT位移传感器(6)的驱动端相连接，LVDT位移传感器(6)的输出端与第二倒相电路(8)的输入端相连接，第二倒相电路(8)的输出端与MAX4521电路(9)的输入端相连接，时钟方波生成电路(5)的输出端与MAX4521电路(9)的控制端相连接，MAX4521电路(9)的输出端与第一滤波电路(10)的输入端相连接，第一滤波电路(10)的输出端与第一放大电路(13)的输入端相连接，第一放大电路(13)的输出端与输出端口(15)相连接。
2.根据权利要求1所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述信号发生器(1)的输出端依次经第二放大电路(2)、第二滤波电路(3)与第一倒相电路(4)的输入端相连接。
3.根据权利要求2所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述LVDT位移传感器(6)的输出端依次经第三放大电路(7)与第二倒相电路(8)的输入端相连接。
4.根据权利要求1所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述第一滤波电路(10)的输出端通过差分电路(11)与第一放大电路(13)的输入端相连接。
5.根据权利要求4所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述第一放大电路(13)的输出端经第三滤波电路(14)与输出端口(15)相连接。
6.根据权利要求5所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述差分电路(11)的输出端与第一放大电路(13)的输入端通过第四滤波电路(12)相连接。
7.根据权利要求1所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述信号发生器(1)为MAX038信号发生器。
8.根据权利要求1所述的基于LVDT的信号调理系统，其特征在于，所述时钟方波生成电路(5)为LM360比较器。
9.一种基于LVDT的信号调理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)信号发生器(1)产生正弦波信号，所述正弦波信号经放大及滤波后进入到第一倒相电路(4)中，所述第一倒相电路(4)根据滤波处理后的正弦波信号生成两个激励信号，时钟方波生成电路(5)根据所述两路激励信号生成时钟方波信号，并输出所述时钟方波信号，LVTD位移传感器根据所述两路激励信号将位移信号转换为电信号，并输出所述电信号；
2)所述电信号经放大进入到第二倒相电路(8)中，第二倒相电路(8)根据经放大后的电信号生成两路信号，MAX4521电路(9)通过时钟方波信号对所述两路信号进行斩波，生成连续的馒头波，所述馒头波经第一滤波电路(10)滤波处理转换为直流信号；
3)步骤2)中的直流信号经差分电路(11)与地面做差分输出，滤除外界干扰，差分处理后的直流信号经二阶滤波消除内部干扰信号，然后再经第一放大电路(13)放大及一阶滤波处理后通过输出端口(15)输出。
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