CN112229316A - 一种六线制lvdt传感器及磁芯拉杆脱落检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落检测装置，包括将磁芯拉杆位置传感头的第一次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第一次级线圈处理电路，将磁芯拉杆位置传感头的第二次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第二次级线圈处理电路，以及将两路数字信号电平进行逻辑处理形成故障判断信号的故障判断电路。本发明六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落检测装置通过高阻的电压检测电路对两个初级线圈的电压进行分别采样，并进行整流；根据整流的电压值的阈值，经比较电路和逻辑电路处理，在磁芯拉杆处于脱落状态时，及时产生故障信号，停止汽轮机工作，避免造成现场重大事故。
Description
技术领域
本发明涉及线位移传感器领域，尤其是一种六线制LVDT传感器及其磁芯拉杆脱落检测装置。
背景技术
LVDT是线性可变差动变压器的缩写，它是一种常见类型的线位移传感器，可将其以机械方式耦合的物体的直线运动转换为对应的电气信号。LVDT传感器是目前位移测量当中广泛应用的传感器之一，广泛应用于工业现场、火车制动系统、汽车零部件测量等领域。
火力发电厂中，LVDT传感器是汽轮机控制机构中的关键部件，汽轮机控制机构主要由伺服阀、油动机滑阀、油动机活塞、油动机行程反馈LVDT组成。在DCS产品中，汽轮机阀门伺服控制模块通过采集油动机行程反馈LVDT信号，进行PID运算，输出电压/电流来控制油动机行程，实现对油动机的控制，从而改变汽轮机的进汽量，实现对汽轮机的输出功率调节。汽轮机阀门伺服控制模块是DEH系统(汽轮机数字电调系统)的关键部件，该模块的可靠性、稳定性以及容错性设计具有非常重要的意义。
目前，汽轮机控制机构中均采用双LVDT传感器来反馈油动机行程；以此来提高系统的可靠性。但是，双LVDT传感器依然不能完全避免由LVDT传感器故障带来的损失。
发明内容
发明人经调查发现，实际应用过程中，LVDT传感器偶尔会因磁芯拉杆脱落导致采集信号异常。由于系统在两个LVDT传感器输出不一致时，以输出值较小的为准。而磁芯拉杆脱落后，LVDT传感器输出为零，与磁芯拉杆在中位时的信号无法区别。当磁芯拉杆实际位置不到中位时，系统会以失效的LVDT传感器输出为准。此时汽轮机阀门伺服控制模块如利用错误的采集信号进行输出调节，会导致阀门失调，造成现场重大事故。为此，发明人提出一种针对六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落的检测方案，并成功应用于电厂汽轮机电调控制系统。
本发明的目的是提供一种结构新颖独特，能够有效发现磁芯拉杆脱落的六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落检测装置；具体技术方案为：
一种六线制LVDT传感器的磁芯拉杆脱落检测装置，包括将磁芯拉杆位置传感头的第一次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第一次级线圈处理电路，将磁芯拉杆位置传感头的第二次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第二次级线圈处理电路，以及将两路数字信号电平进行逻辑处理形成故障判断信号的故障判断电路。
进一步，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括正弦检波电路和比较电路。
进一步，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括电压跟随及隔直电路。
进一步，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括光耦隔离电路。
进一步，所述故障判断电路为与非门或者与门。
本发明还公开了一种六线制LVDT传感器，包括上述的磁芯拉杆脱落检测装置。
本发明六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落检测装置通过高阻的电压检测电路对两个初级线圈的电压进行分别采样，并进行整流；根据整流的电压值的阈值，经比较电路和逻辑电路处理，在磁芯拉杆处于脱落状态时，及时产生故障信号，停止汽轮机工作，避免造成现场重大事故。
附图说明
图1为本发明六线制LVDT传感器磁芯拉杆脱落检测装置原理示意图；
图2为电压跟随及隔直电路原理示意图；
图3为正弦检波电路与比较电路原理示意图；
图4为光耦隔离电路原理示意图。
具体实施方式
下面利用实施例对本发明进行更全面的说明。本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
如图1所示，本实施例中的六线制LVDT传感器的磁芯拉杆脱落检测装置，包括将磁芯拉杆位置传感头的第一次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第一次级线圈处理电路，将磁芯拉杆位置传感头的第二次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第二次级线圈处理电路，以及将两路数字信号电平进行逻辑处理形成故障判断信号的故障判断电路。磁芯拉杆位置传感头的第一次级线圈输出信号和第二次级线圈输出信号经第三次级线圈处理电路处理为指示磁芯拉杆位置的直流电平。
为了将正弦波输出的第一次级线圈输出信号和第二次级线圈输出信号处理为便于逻辑处理的数字信号电平；所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括如图3所示的正弦检波电路和比较电路。
通常情况下，在峰值范围可预知的情况下峰值检波的实现方式可以采用纯模拟电路，利用二极管、电阻、电容、运放等器件实现；如果在峰值范围不可预知的情况下，可以采用模拟电路进行前端调理配合数模转换器件及MCU进行检测。图3采用纯模拟电路实现的方式比较简单。待检测正弦信号经D1、R2、C4、R5组成的峰值检波电路，将正弦信号转换为直流信号，在D1,R2,C4,R5参数一定的情况下，该直流信号的幅度由正弦信号幅度决定。当LVDT传感器正常时，两个次级线圈的正弦信号幅度特征是一个大，一个小，只有当磁芯拉杆脱落后，两个次级线圈的正弦信号幅度同时变小，两路检波电路得到的直流信号电平值也同时变小。设计两个独立的比较器，门槛电压大于拉杆脱落后次级线圈的检波电压，这样利用两个比较器的输出状态便可区分LVDT正常或磁芯拉杆脱落，即两个比较器的输出同时为高电平时表征磁芯拉杆脱落。当然，也可以改变比较器的接法，使两个比较器的输出同时为低电平时表征磁芯拉杆脱落。
所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括电压跟随及隔直电路。电压跟随可以降低取样电路对次级线圈输出信号的影响，避免影响第三次级线圈处理电路的处理效果。隔直电路将直流分量去除，使检波波形峰值稳定。
R1为上拉电阻，将次级线圈输出的正弦波的电平#ASEC+抬高，使电压跟随电路的输入最低电平大于0V。该电阻还用于LVDT的断线检测（在磁芯脱落检测电路部分，R1产生的直流分量为无用信号，利用隔直电路去除）。抬高的信号与放大器同相输入端连接，电压跟随器由放大器U1A输出与反向输入端连接构成。电压跟随器输出为一个正弦波叠加一个很小的直流信号（直流信号大小由R1和次级线圈电阻Rx比值决定，R1>>Rx）。经过隔直电路，只剩正弦信号ASEC+。
为了减少数字处理电路对传感器输出的模拟位置信号的干扰，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括如图4所示的光耦隔离电路。通过光耦隔离电路还可以将幅值为15V的方波信号调整为与数字电路电平适配的3.3V；方便与单片机等智能芯片连接。
光耦隔离电路将15V电平范围的高、低信号转换为3.3V COMS电平的高、低信号。
两个比较器的输出同时为高电平时表征磁芯拉杆脱落时，若低电平为故障信号，所述故障判断电路为与非门；高电平为故障信号，所述故障判断电路选与门。
两个比较器的输出同时为低电平时表征磁芯拉杆脱落时，若低电平为故障信号，所述故障判断电路为或门；高电平为故障信号，所述故障判断电路选或非门。
本发明还公开了一种六线制LVDT传感器，包括上述的磁芯拉杆脱落检测装置。当磁芯拉杆脱落时，传感器发出故障信号。
第三次级线圈处理电路采用ADI公司的AD698芯片进行LVDT信号测量，AD698芯片可以输出一个正弦激励信号(该信号频率和幅度由外围电路无源器件匹配决定)，该激励信号接入LVDT的初级线圈，次级线圈的输出电压作为采集信号反馈至AD698芯片，AD698芯片通过比较初、次级线圈的电压的幅度并经过内部电路处理转换输出一个直流电压，由于磁芯拉杆位置的不同会导致次级线圈输出信号的幅度不同，所以该直流电压就与LVDT传感器纤芯位置成线性比例关系。对于六线制LVDT传感器，由于测量信号为两个次级线圈的电压差值，所以测量信号范围为以0值为中心的正负对称电压信号；由于0值为正常输入值，磁芯拉杆脱落状态时AD698检测的直流电压在0值附近，因此无法通过AD698输出的直流电压值进行判断。同时，磁芯拉杆脱落时，由于初级线圈和次级线圈的感应磁通，单个次级线圈也会存在一个幅度较小的交流信号。综合上述的现象，必须单独设计检测电路来进行磁芯拉杆脱落检测，本设计提供一套检测方案，利用磁芯拉杆脱落时两个次级线圈的感应交流信号同时变小的特点，通过对两个次级线圈的信号，经过滤波电路、检波电路，比较电路、隔离电路及逻辑电路生成逻辑电平检测信号，可直接用于单片机等主控芯片采集从而判断磁芯拉杆脱落状态。也可以用AD598或NE5521作为处理芯片。
上述示例只是用于说明本发明，除此之外，还有多种不同的实施方式，而这些实施方式都是本领域技术人员在领悟本发明思想后能够想到的，故，在此不再一一列举。
Claims (6)
1.一种六线制LVDT传感器的磁芯拉杆脱落检测装置，其特征在于，包括将磁芯拉杆位置传感头的第一次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第一次级线圈处理电路，将磁芯拉杆位置传感头的第二次级线圈输出信号处理为数字信号电平的第二次级线圈处理电路，以及将两路数字信号电平进行逻辑处理形成故障判断信号的故障判断电路。
2.如权利要求1所述的磁芯拉杆脱落检测装置，其特征在于，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括正弦检波电路和比较电路。
3.如权利要求2所述的磁芯拉杆脱落检测装置，其特征在于，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括电压跟随及隔直电路。
4.如权利要求2所述的磁芯拉杆脱落检测装置，其特征在于，所述第一次级线圈处理电路和所述第二次级线圈处理电路均包括光耦隔离电路。
5.如权利要求1所述的磁芯拉杆脱落检测装置，其特征在于，所述故障判断电路为或门、与非门或者与门。
6.一种六线制LVDT传感器，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的磁芯拉杆脱落检测装置。
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|---|---|---|---|---|
| CN113531513A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-10-22 | 哈尔滨沃华智能发电设备有限公司 | 汽动给水泵进汽调门故障时汽包水位控制系统的保护方法 |
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2020
- 2020-11-19 CN CN202011297388.8A patent/CN112229316A/zh active Pending
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