CN219268841U - 一种lvdt位移传感器用电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及位移传感器的技术领域，尤其是涉及一种LVDT位移传感器用电路，其包括模数转换模块、主控模块、数模转换模块和驱动模块；所述模数转换电路的输入端用于连接两个所述次级线圈的输出端，所述模数转换模块的输出端连接于所述主控模块，所述主控模块连接于所述数模转换模块的输入端，所述数模转换模块的输出端连接于所述驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端用于连接所述初级线圈的输入端。本申请具有使检测结果更加准确的效果。
Description
技术领域
本申请涉及位移传感器的技术领域，尤其是涉及一种LVDT位移传感器用电路。
背景技术
LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，一个或两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。再初级线圈上施加一个交变信号，次级线圈会产生对应的感应信号，当移动铁芯时，感应信号的信号幅度发生变化，铁芯移动的位移与感应信号的信号幅度成比例关系。LVDT传感器工作过程中，铁芯的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT传感器均有一个线性范围。
如图1所示，对有两个次级线圈的LVDT传感器来说，两个次级线圈的绕线方向相反，当铁芯处于中间位置时，此时两个次级线圈产生的感应信号幅度相等方向相反，输出等效电压为零，此时位移为零；当铁芯偏离中心位置时，两个次级线圈产生的感应信号幅度变化，输出等效电压不为零，此时可以通过计算两个次级线圈的感应信号幅度从而得出位移变化。
在常规测试方法中，LVDT初级线圈一侧输入的激励信号，则需要RC振荡电路产生，在LVDT次级线圈一侧输出信号则需要RC低通滤波电路处理，将动态信号转换为静态电平信号进行测量。
但是，RC振荡器和RC低通滤波电路会受到环境温度影响，导致最终得到的测量结果不准确。
实用新型内容
为了使检测结果更加准确，本申请提供了一种LVDT位移传感器用电路。
本申请提供的一种LVDT位移传感器用电路采用如下的技术方案：
一种LVDT位移传感器用电路，包括模数转换模块、主控模块、数模转换模块和驱动模块；
所述模数转换电路的输入端用于连接两个所述次级线圈的输出端，所述模数转换模块的输出端连接于所述主控模块，所述主控模块连接于所述数模转换模块的输入端，所述数模转换模块的输出端连接于所述驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端用于连接所述初级线圈的输入端。
通过采用上述技术方案，利用主控模块控制数模转换模块配合驱动模块输出激励信号，激励信号进入初级线圈后在次级线圈上产生感应信号，模数转换模块采集感应信号并传输至主控模块。利用数模转换模块和驱动模块产生并输出激励信号，收到温度影响小，产生的激励信号更加准确。并且相较于利用RC低通滤波电路采集感应信号，计算得到的位移更加准确。
可选的，所述次级线圈与所述模数转换模块之间设置有信号匹配模块。
通过采用上述技术方案，将感应信号进行放大，从而使模数转换模块能够更准确的采集。
可选的，所述信号匹配模块与所述模数转换模块之间设置有比例放大模块。
通过采用上述技术方案，使被放大的感应信号能够更加准确的被模数转换模块采集。
可选的，所述模数转换模块与所述主控模块之间设置有电平转换模块。
通过采用上述技术方案，利用电平转换模块，使模数转换模块能够被主控模块控制，并且使模数转换模块采集的感应信号被主控模块接收。
可选的，所述驱动模块包括低通二阶低通滤波电路和电压跟随电路。
通过采用上述技术方案，数模转换模块配合驱动模块产生激励信号，相较于RC振荡器，能够减小温度的影响，使激励信号更加稳定。
可选的，所述低通二阶滤波电路包括电阻器R22、电阻器R23、电容器C58、电容器C59和运算放大器U17，所述电阻器R22的一端用于连接所述主控模块，所述电阻器R22的另一端连接于所述电阻器R23，所述电阻器R23的另一端连接于所述运算放大器U17的同向输入端，所述运算放大器U17的同向输入端连接于所述电容器C58，所述电容器C58的另一端连接于接地端，所述电容器C59的一端连接于所述电阻器R22与所述电阻器R23的连接点上，所述电容器C59的另一端连接于所述运算放大器U17的反向输入端，所述运算放大器U17的反向输入端连接于所述运算放大器U17的输出端。
可选的，所述电压跟随电路包括电阻器R24和运算放大器U18，所述电阻器R24的一端连接于所述运算放大器U17的输出端，所述电阻器R24的另一端连接于所述运算放大器U18的同向输入端，所述运算放大器U18的反向输入端连接于所述运算放大器U18的输出端，所述运算放大器U18的输出端用于连接所述初级线圈的输入端。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
利用主控模块控制数模转换模块配合驱动模块输出激励信号，激励信号进入初级线圈后在次级线圈上产生感应信号，模数转换模块采集感应信号并传输至主控模块。利用数模转换模块和驱动模块产生并输出激励信号，收到温度影响小，产生的激励信号更加准确。并且相较于利用RC低通滤波电路采集感应信号，计算得到的位移更加准确。
附图说明
图1是本申请实施例整体的连接框图。
图2是本申请实施例信号匹配模块、比例放大模块和模数转换模块的电路原理图。
图3是本申请实施例电平转换模块的电路原理图。
图4是本申请实施例主控模块的电路原理图。
图5是本申请实施例驱动模块的电路原理图。
附图标记说明：1、信号匹配模块；11、第一信号匹配模块；12、第二信号匹配模块；2、比例放大模块；21、第一比例放大模块；22、第二比例放大模块；3、模数转换模块；31、第一模数转换模块；32、第二模数转换模块；4、电平转换模块；5、主控模块； 6、数模转换模块；7、驱动模块；71、低通二阶滤波电路；72、电压跟随电路；8、通讯模块。
实施方式
以下结合附图1-5及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
LVDT传感器包括初级线圈和两个次级线圈，初级线圈通过铁芯和两个次级线圈耦合，其中一个次级线圈为第一次级线圈，另一个次级线圈为第二次级线圈。初级线圈输入激励信号后，两个次级线圈输出感应信号，移动铁芯，两个次级线圈输出的感应信号发生改变，利用移动铁芯实现检测位移。此传感器为现有技术，具体原理此处不再赘述。
本申请实施例公开一种LVDT位移传感器用电路。参照图1，一种LVDT位移传感器用电路包括信号匹配模块1、比例放大模块2、模数转换模块3、电平转换模块4、主控模块5、数模转化模块和驱动模块7。信号匹配模块1的输入端用于连接两个次级线圈的输出端，信号匹配模块1的输出端连接于比例放大模块2的输入端，比例放大模块2的输出端连接于模数转换模块3的输入端，模数转换模块3的输出端连接于主控模块5，主控模块5连接于数模转换模块6，数模转换模块6的输出端连接于驱动模块7的输入端，驱动模块7的输出端连接于初级线圈的输入端。
主控模块5控制数模转换模块6配合驱动模块7产生激励信号，激励信号传输至初级线圈，次级线圈上会输出感应信号，信号匹配模块1对感应信号进行放大，比例放大模块2将放大后的感应信号电压降低然后传输至模数转换模块3，模数转换模块3将模拟信号转换为数字信号，从而使主控模块5接收，即主控模块5接收感应信号。
本实施例中，一种LVDT位移传感器用电路还包括供电端A5V、供电端A-5V、供电端A1V25、供电端A2V5、供电端D5V、供电端D3V3。主控模块5包括单片机U1，单片机U1可选型号为STM32L431RCT6。
参照图2，本实施例中，信号匹配模块1包括第一信号匹配模块11和第二信号匹配模块12，第一信号匹配模块11和第二信号匹配模块12中元件组成相同，所以本实施例以第一信号匹配模块11为例进行说明。第一信号匹配模块11包括仪表放大器U11，仪表放大器U11的1引脚用于连接第一次级线圈的IN1+引脚，仪表放大器U11的1引脚还连接于电阻器R18，电阻器R18的另一端连接于接地端，仪表放大器U11的2引脚和3引脚置空，仪表放大器U11的4引脚连接于第一次级线圈的IN1-引脚，仪表放大器U11的4引脚还连接有电阻器R19，电阻器R19的另一端连接于接地端，仪表放大器U11的5引脚连接于供电端A-5V，仪表放大器U11的6引脚连接于供电端A1V25，仪表放大器U11的8引脚连接于供电端A5V。
比例放大模块2包括第一比例放大模块21和第二比例放大模块22，第一比例放大模块21和第二比例放大模块22中元件组成相同，所以本实施例以第一比例放大模块21为例进行说明。第一比例放大模块21包括差分放大器U12，差分放大器U12的1引脚连接于供电端A1V25，差分放大器U12的2引脚连接于差分放大器U12的5引脚，差分放大器U12的3引脚连接于仪表放大器U11的7引脚，差分放大器U12的4引脚连接于供电端A-5V，差分放大器U12的6引脚与5引脚短接，差分放大器U12的7引脚连接于供电端A5V，差分放大器U12的8引脚置空。
模数转换模块3包括第一模数转换模块31和第二模数转换模块32，第一模数转换模块31和第二模数转换模块32中元件组成相同，所以本实施例以第一模数转换模块31为例进行说明。第一模数转换模块31包括AD转换器U13，AD转换器U13的1引脚连接于差分放大器U12的5引脚，AD转换器U13的2引脚连接于供电端A1V25，AD转换器U13的3引脚连接于供电端A5V，AD转换器U13的7引脚连接于接地端，AD转换器U13的8引脚连接于供电端A1V25。
参照图3，电平转换模块4包括电平转换器U2和电平转换器U3，电平转换器U2的1引脚连接于供电端D5V，电平转换器U2的2引脚和3引脚均连接于单片机U1的15引脚，电平转换器U2的4引脚和5引脚均连接于单片机U1的14引脚，电平转换器U2的6引脚连接有电阻器R3，电阻器R3的另一端的连接于接地端，电平转换器U2的7引脚、8引脚和9引脚均与6引脚短接。电平转换器U2的10引脚连接于接地端，电平转换器U2的11引脚、12引脚、13引脚和14引脚均置空，电平转换器U2的15引脚连接于AD转换器U13的4引脚，电平转换器U2的17引脚连接于AD转换器U13的6引脚。电平转换器U2的19引脚连接于单片机U1的23引脚，电平转换器U2的19引脚还连接有电阻器R2，电阻器R2的另一端连接于供电端D5V，电平转换器U2的20引脚连接于供电端D5V。
电平转换器U3的1引脚连接于AD转换器U13的5引脚，电平转换器U3的2引脚连接于接地端，电平转换器U3的4引脚连接于单片机U1的16引脚，电平转换器U3的5引脚连接于供电端D3V3。
电平转换器U2和电平转换器U3的在本实施例中的作用为转换电平电压，因为单片机输出电压为3.3V，AD转换器U13的驱动电压为5V，所以为了电路能够正常进行使用，需要转换电平电压。
第二模数转换模块32、电平转换模块4和单片机U1之间的连接此处不再赘述，见附图2和附图3。
模数转换模块3中的两个AD转换器U13的型号均为ADS1252U/2K5；信号匹配模块1中的两个仪表放大器U11的型号均为INA826AIDR；比例放大模块2中的两个差分放大器U12的型号均为IN1132UA/2K5。
仪表放大器U11用于提供基准电压，差分放大器U12用于减小电压，从而使AD转换器U13能够采集感应信号，AD转换器U13采集到感应信号之后转换为数字信号发送至单片机U1。
驱动模块包括低通二阶滤波电路71和电压跟随电路72。
低通二阶滤波电路71包括电阻器R22、电阻器R23、电容器C58、电容器C59和运算放大器U17。电压跟随电路72包括电阻器R24和运算放大器U18。
电阻器R22的一端连接于单片机U1的20引脚，电阻器R22的另一端连接于电阻器R23，电阻器R23的另一端连接于运算放大器U17的同向输入端，运算放大器U17的同向输入端连接于电容器C58，电容器C58的另一端连接于接地端，电容器C59的一端连接于电阻器R22与电阻器R23的连接点上，电容器C59的另一端连接于运算放大器U17的反向输入端，运算放大器U17的反向输入端连接于运算放大器U17的输出端，运算放大器U17的输出端连接于电阻器R24，电阻器R24的另一端连接于运算放大器U18的同向输入端，运算放大器U18的反向输入端连接于运算放大器U18的输出端，运算放大器U18的输出端用于连接初级线圈的输入端。
其中，运算放大器U17和运算放大器U18集成于同一IC中，所以附图中只示出了运算放大器U17连接于供电端，实际运算放大器U18也能得电。
数模转换模块 6置于单片机U1与驱动模块7之间，本实施例中选用的单片机U1本体中集成了数模转换模块 6，所以上述描述中驱动模块7中的电阻器R22与单片机U1连接，实际是电阻器R22与数模转换模块 6连接，数模转换模块 6与单片机U1连接。
本实施例中，各元件与供电端的连接处均设置有滤波电容，此处不再赘述。
并且，本实施例中，单片机U1还连接有通讯模块8，单片机U1能够通过通讯模块8与上位机连接，用于与上位机进行通讯。通讯模块8包括但不限于RS485通讯模块、蓝牙模块、WIFI模块。
本申请实施例一种LVDT位移传感器用电路的实施原理为：单片机U1控制数模转换模块 6配合驱动模块7产生激励信号，激励信号传输至初级线圈，然后两个次级线圈输出感应信号，其中一路的感应信号经由第一信号匹配模块11、第一比例放大模块21、第一模数转换模块31、电平转换模块4传输至单片机U1，另一路的感应信号经由第二信号匹配模块12、第二比例放大模块22、第二模数转换模块32、电平转换模块4传输至单片机U1。单片机U1利用感应信号进行计算，从而得到铁芯的移动距离，进而得到位移。
相较于相关技术中，利用RC低通滤波电路进行采集感应信号，本申请中利用模数转换模块采集能够更准确，从而得到更准确的计算结果。并且，利用数模转换模块，受到温度的影响小，能够产生更准确的激励信号。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
Claims (7)
1.一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：包括模数转换模块（3）、主控模块（5）、数模转换模块（ 6）和驱动模块（7）；
所述模数转换模块（3）的输入端用于连接两个次级线圈的输出端，所述模数转换模块（3）的输出端连接于所述主控模块（5），所述主控模块（5）连接于所述数模转换模块（ 6）的输入端，所述数模转换模块（ 6）的输出端连接于所述驱动模块（7）的输入端，所述驱动模块（7）的输出端用于连接初级线圈的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述次级线圈与所述模数转换模块（3）之间设置有信号匹配模块（1）。
3.根据权利要求2所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述信号匹配模块（1）与所述模数转换模块（3）之间设置有比例放大模块（2）。
4.根据权利要求1所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述模数转换模块（3）与所述主控模块（5）之间设置有电平转换模块（4）。
5.根据权利要求1所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述驱动模块包括低通二阶滤波电路（71）和电压跟随电路（72）。
6.根据权利要求5所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述低通二阶滤波电路（71）包括电阻器R22、电阻器R23、电容器C58、电容器C59和运算放大器U17，所述电阻器R22的一端用于连接所述主控模块（5），所述电阻器R22的另一端连接于所述电阻器R23，所述电阻器R23的另一端连接于所述运算放大器U17的同向输入端，所述运算放大器U17的同向输入端连接于所述电容器C58，所述电容器C58的另一端连接于接地端，所述电容器C59的一端连接于所述电阻器R22与所述电阻器R23的连接点上，所述电容器C59的另一端连接于所述运算放大器U17的反向输入端，所述运算放大器U17的反向输入端连接于所述运算放大器U17的输出端。
7.根据权利要求6所述的一种LVDT位移传感器用电路，其特征在于：所述电压跟随电路（72）包括电阻器R24和运算放大器U18，所述电阻器R24的一端连接于所述运算放大器U17的输出端，所述电阻器R24的另一端连接于所述运算放大器U18的同向输入端，所述运算放大器U18的反向输入端连接于所述运算放大器U18的输出端，所述运算放大器U18的输出端用于连接所述初级线圈的输入端。
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