LVDT线性位移传感器地设计
基于单片机的LVDT位移测量传感器设计说明书
之江学院基于单片机的LVDT位移测量传感器设计说明书项目类型：测试技术课程设计指导老师：朱根兴作者：张建中班级：机自401联系电话： 13989466***电子信箱： zjz012@（2007-7-23）目录第一章总体方案设计 (3)1.1设计目的 (4)1.2总体方案设计 (4)第二章硬件电路设计 (5)2.1传感器的选择 (5)2.2差动变压器传感器安装 (6)2.3放大电路的设计 (7)2.4采集电路的设计 (7)2.5输入通道设计 (8)2.6显示电路的设计 (9)第三章软件的设计 (10)3.1数据处理子程序的设计 (10)3.2数据采集子程序的设计 (10)3.3数据显示子程序的设计 (11)3.4地址空间的分配的设计 (11)第四章设计总结 (12)参考文献 (13)附总电路图 (13)附总程序 (13)随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。
常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。
本文设计的电子秤以单片机为主要部件，用汇编语言进行软件设计，硬件则以差动变压器式(LVDT)位移传感器为主,测量0～10mm。
传感器输出的电量是模拟量，数值比较小达不到A/D转换接收的电压范围。
所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。
然后，A/D转换的结果才能送单片机进行数据处理并显示。
第一章总体方案设计1.1设计目的差动变压器式(LVDT)位移传感器广泛应用于工业现场和测试领域，如过程检测和自动控制、形变测量等，适用于油污、光照等恶劣环境。
这种传感器可靠而耐用，但选用它监控机械位移量，还需设计与传感器配套的测量装置研制开发的位移测量装置适用于工业现场和多种测试领域。
LVDT线性位移传感器数据检测技术
LVDT线性位移传感器数据检测技术及测控电路课程设计姓名：***学号：**********班级：测控09-3班学校：哈尔滨理工大学第一章一、设计目的1、根据LVDT线性位移传感器的工作原理，设计差动变压器电感式位移传感器（包括传感器参数设计和架构设计）。
2、学习集成芯片AD698工作原理以及与LVDT的连接的应用。
3、学习分析设计电路、Altium Designer绘制原理图及PCB图。
4、学习焊接电路板并完成电路板的调试。
5、了解传感器标定方法，并计算传感器的相关参数。
6、运用所学习的理论知识解决实际问题。
第二章一、 原始数据及技术要求1、 最大输入位移为1cm ；2、 灵敏度不小于1v/mm ；3、 非线性误差不大于10%；4、 电源为直流30v; 二、 传感器原理设计2-1．差动变压器的工作原理因为差动输出电动势为)()(1211M f M I j M M I j E S ∆=∆=-=••ωω 所以差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差M ∆的函数。
2-2．螺管型差动变压器的结构设计螺管型差动变压器结构复杂，常用二段式、三段式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好，如图一所示为三种形式的示意图。
二节式一节式三节式图一 差动变压器的结构形式2-3．螺管型差动变压器的参数计算 1. 激磁绕组长度的确定通常是在给定非线性误差γ及最大动态范围max l ∆的条件下来确定值b ，即⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧∆=∆=∆-=max 222221ll b k l k r 联立以上各式解得γ2max l b ∆=取max l ∆=1cm ，则缘边线圈长度b=2.24 cm, 2k =997 2. 衔铁的长度c l 的确定由结构图二的几何尺寸关系可知，铁芯的长度为212l b d l l c +++=式中1l 、2l --衔铁在两个副边绕组m 中的长度；d --初次线圈间骨架厚度； b --原边线圈的长度；m --两副边绕组长度；初始状态时有021l l l ==，则衔铁的长度由图二的几何尺寸有b d l l b d l lc ++=+++=)(22000设计时，一般取b l =0，故有d b l c 23+=，通常取b d <<，则b lc 3=由一中式求得为b=2.24cm ，求得为c l =6.72cm 。
LVDT位移传感器的介绍
随着技术的发展，传感器逐渐和计算机技术、通讯技术等先进技术得到了更加紧密的结合，LVDT位移传感器的出现就是这种结合的比较好的表现。
它的特点是：行程范围：±0.5mm至±500mm；AC mV / V或DC电压/电流输出；环保等级：IP65；核心+延伸，弹簧加载和杆端轴承版本；可选的IP68潜水和；高温版本200°C和150°C。
它的原理是：1、直线位移传感器的功能在于把直线机械位移量转换成电信号，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的一种。
简单地说是铁芯可动变压器。
核心部件是铁芯和线圈。
工作过程中，铁芯在线圈的线性范围内运动，两个线圈产生的感应电动势之差，就是输出电压，其电压大小和位移量的成正比。
性能是：1、属于接触式测量，直接、稳定、可靠。
2、DC直流单电源、9-28V宽电压供电,方便快捷。
3、内置高性能信号调节器，无待机消耗;高效节能。
功耗低。
4、输出标准信号，如0-5V/0-10V电压信号，4-20mA电流信号，RS485/RS232数字信号，可直接被计算机、PLC等使用；带载能力强。
5、高线性度，响应速度快。
6、无摩擦测量,零位可重复，分辨率高。
7、量程范围2.5～500mm，专门针对小量程位移测量。
8、坚固内用，使用寿命高。
9、多元的可定制型，如防水型位移传感器、防爆型位移传感器、双余度位移传感器应用是：1、可测量位移、行程、位置、伸缩、厚度、震动。
2、机械设备制造加工控制;如注塑、机床的制造控制。
3、制造加工检测;如飞机组装精密性检测、火车制动系统的磨损检测、汽车零部件品质检测。
4、道路、桥梁、轨道等土木工程质量检测;如裂缝仪、裂缝计、平整仪等。
5、馈送和阻塞检测;如检测ATM、自动柜员机配送系统送纸轮的双馈送和无馈送状况。
6、液压缸定位;如液压缸内测量活塞检测。
LVDT位移传感器可靠设计分析技术
LVDT位移传感器可靠设计分析技术发布时间：2022-06-13T06:24:36.786Z 来源：《中国科技信息》2022年第2月4期作者：邹金海[导读] 文章论述了可靠性的重要性，提出了基于 LVDT型位移传感器的可靠性设计与分析，为其提供了一种新的理论依据邹金海中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司贵州贵阳 550009【摘要】:文章论述了可靠性的重要性，提出了基于 LVDT型位移传感器的可靠性设计与分析，为其提供了一种新的理论依据。
【关键词】：LVDT位移传感器;设计分析技术引言：随着科技的进步，传感系统得到了更多的运用。
我们不但需要这些感应器的性能优良，还需要它们能够持久、无事故或极少数的损坏。
它的持久性能，决定了它的质量。
设计阶段是产品可靠度的基础阶段，制造阶段是可靠度保障阶段，应用阶段是可靠性维护阶段，测试分析和信息反馈阶段是对产品可靠性进行改善的阶段。
产品的内在可靠度由可靠度设计确定。
若在设计时，若因产品的结构不够好、安全因素过低、检验及维护不方便等问题而导致的，则不论日后如何精心制作、精心使用、加强管理，都很难确保其可靠度。
所以，在整个使用过程中，只要在设计过程中，通过改进，使其具有较低的成本和较好的性能[1]。
一、线性范围（一）无摩擦测量LVDT的活动磁芯与绕组一般不存在物理触点，即 LVDT为无摩擦力元件。
该产品适用于能够经受较轻的磁芯负载，但是不能经受住摩擦力的测试。
比如，用于检测精密材质的弯曲或震动，对光纤或其他弹性物质进行的抗张或蠕变性试验[2]。
（二）无限的机械寿命因为 LVDT的绕组和磁芯没有摩擦力，所以没有磨损。
从原理上讲， LVDT的机械使用年限是无穷大。
这是用于材料和构件的耐久性试验的关键技术。
而且，在飞机、导弹、航天器和关键的工业设备中，无限的机械寿命对于高可靠的机器也很关键[3]。
（三）无限的分辨率LVDT的非摩擦力运行和其感应机理，使得 LVDT具有两大特点。
解读苏州位移传感器lvdt工作原理
解读苏州位移传感器lvdt工作原理【1】苏州位移传感器LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是一种常见的位移传感器，它用于测量物体的线性位移。
LVDT传感器由一个主线圈和两个从线圈组成。
物体的位移会影响LVDT传感器中的感应电磁场，通过检测感应电磁场的变化，可以测量物体的位移。
【2】LVDT传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。
当交流电通过主线圈时，在传感器中产生一个感应电磁场。
当物体相对于传感器移动时，这个感应电磁场的强度和方向会发生变化。
这个变化会导致两个从线圈中感应产生电动势的差异。
【3】主线圈和两个从线圈的设计使得LVDT传感器对外界磁场的影响较小。
通过将主线圈和从线圈串联，可以消除外界磁场对传感器的影响。
LVDT传感器具有较高的抗干扰能力。
【4】当物体相对于传感器发生线性位移时，主线圈和从线圈中感应产生的电动势差异将经过处理电路，转换成电压输出。
输出的电压与物体的位移呈线性关系。
【5】LVDT传感器的应用非常广泛。
它可以用于测量机械运动、液位、形变等。
在工业领域中，LVDT传感器常用于位移的实时监测与控制。
在科学研究中，LVDT传感器也被广泛应用于实验数据的采集与分析。
【6】总结来说，苏州位移传感器LVDT的工作原理是基于电磁感应定律。
通过检测主线圈和从线圈中感应产生的电动势差异，可以测量物体的线性位移。
LVDT传感器具有较高的抗干扰能力，被广泛应用于工业控制和科学研究领域。
【7】个人观点：苏州位移传感器LVDT是一种非常有效的位移测量工具。
其简单的结构和可靠的性能使得它在工业领域得到广泛应用。
我认为LVDT传感器以其高精度、高灵敏度和抗干扰能力，为各种行业的位移测量提供了可靠的解决方案。
随着科技的不断进步，LVDT传感器的应用前景将更加广阔。
【8】通过对苏州位移传感器LVDT工作原理的解读，相信你对该传感器的工作原理有了更深入的理解。
一种双冗余lvdt式位移传感器设计
收稿日期:2015-03-30，修回日期:2015-05-13作者简介:蒋晓彤（1969-），女，研究员，主要研究方向：伺服电子测量㊂2015年12月宇航计测技术Dec.,2015第35卷 第6期Journa1of Astronautic Metro1ogy and MeasurementVo1.35，No.6文章编号:1000-7202（2015）06-0010-04 中图分类号:TB921文献标识码:A一种双冗余LVDT 式位移传感器设计蒋晓彤 刘俊琴 王首浩(北京精密机电控制设备研究所,北京100076)摘 要 介绍了一种双冗余LVDT 式位移传感器及其变换电路㊂传感器运用差动变压器式工作原理，采用串联冗余结构形式，实现了结构串联㊁功能并联的双路冗余线位移测量㊂测量参数采用数字拟合的方法，解决了串联双冗余LVDT 位移传感器的固有特性决定的线性度较低㊁无法满足系统任务指标要求的问题，提高了测量信号的线性度㊁系统的控制精度，缩短了调试周期，提高了效率，满足了新一代控制系统高可靠性的要求㊂关键词 双冗余 LVDT 位移传感器A Design for Dual-redundancy LVDT Displacement SensorJIANG Xiao-tong LIU Jun-qin WANG Shou-hao（Beijing Research Institute of Precise Mechanica1and Contro1Equipment，Beijing 100076）Abstract A kind of dua1-redundancy LVDT disp1acement sensor and its converting circuit are in-troduced.To achieve dua1-redundancy disp1acement measuring by the structure in series and the function in para11e1，the differentia1transformer with series redundancy structure is designed.To so1ve the prob-1ems of 1ow 1inearity which is the inherent characteristics of series dua1-redundancy LVDT disp1acement sensor and unab1e to meet the target requirements of system，the method of digita1fitting is used to meas-uring parameters.Then the 1inearity of measurement signa1and contro1precision of system are improved;debugging time is shortened;efficiency is enhanced and the requirements of high re1iabi1ity for the contro1system of new generation are met.Key words Dua1-redundancy LVDT Disp1acement sensor1 引 言随着信息数字技术高速发展，数字闭环控制技术也在系统中得到了广泛应用，闭环控制回路中采用非接触式差动变压器（以下简称LVDT）式位移传感器作为反馈元件㊂由于产品可靠性的提高，传统的单余度LVDT 式位移传感器已无法满足系统高可靠性的要求，因此，在系统的闭环控制中采用了双冗余LVDT 式位移传感器方案㊂双冗余LVDT 式位移传感器的固有特性决定了其精度较低，每个传感器均需要与系统进行配调㊂LVDT 传感器参与系统调试时，传统的配调方法是采用模拟信号变换电路进行调试，仅对系统的零偏和增益进行简单补偿，该模拟配调方法复杂㊁调试周期长，为提高系统性能而所能采用的控制策略有限，因此提出双冗余LVDT 传感器的数字拟合方法㊂2 LVDT 位移传感器的原理LVDT 式位移传感器作为一种位移检测传感器，具有工作寿命长㊁灵敏度和分辨率高㊁精度和线性度好等诸多优点，因而在许多行业中用作精密的位移检测部件㊂位移传感器采用螺管形差动变压器，其工作原理如图1所示，同一般变压器原理，传感器需一交流电源，提供给初级线圈，产生一个交变磁场，两次级线圈（包括台阶形的补偿线圈）按电势反向串联，当铁芯处于两次级线圈的中间位置时，两次级线圈产生的感应电势大小相等，方向相反，输出电压U ㊃SC ＝0，当铁芯偏离中间位置时，两次级线圈之间的互感发生变化，两者的感应电势不再相等，有U ㊃SC 电压信号输出，该信号经变换器变换成与铁芯移动量大小和方向一致的直流电压，即达到铁芯的位移量转换成电压信号输出之目的㊂图1 位移传感器原理图传感器安装在被测系统内部，传感器铁芯组件安装在系统安装座上，一个拉杆带动两个铁芯随被测产品一起进行往复运动，实现线位移的测量，作为闭环控制的反馈信号，实现系统的闭环控制㊂3 双冗余LVDT 位移传感器设计3.1 结构组成双冗余LVDT 位移传感器的结构示意如图2所示㊂双冗余LVDT 位移传感器是在传统LVDT 位移传感器的基础上，在壳体（序号2）内安装两个独立的线圈组件（序号1和6）串联而成，这两套独立的线圈组件共用一套铁芯串联的铁芯组件（序号3），两个线圈组件间设计有隔环（序号4）及垫片（序号5），用来隔开两线圈组件的磁路㊂1-线圈组件I;2-壳体;3-铁芯组件;4-隔环;5-垫片;6-线圈组件Ⅱ;7-引出线锁紧组件;8-端盖图2 双冗余LVDT 位移传感器结构示意图图2中线圈组件I 和线圈组件Ⅱ主要由各自的骨架㊁线圈㊁骨架两端的短路环和屏蔽套组成，该结构使线圈组件I 和线圈组件Ⅱ形成各自的闭合磁路㊂铁芯组件由两个铁芯I 和导杆I㊁导杆Ⅱ组成，其结构示意如图3所示㊂铁芯组件的导杆和铁芯螺纹联接处采用真空钎焊，以使其能在恶劣的振动和冲击环境下可靠的工作㊂两个串连的铁芯分别与线圈组件I 和线圈组件Ⅱ构成独立的电磁回路，实现双冗余的位移量测量㊂1-导杆I;2-铁芯I;3-导杆Ⅱ;4-铁芯I图3 铁芯组件组成示意图3.2 结构特点3.2.1 串连结构双冗余LVDT 位移传感器是将两个由非金属隔环隔开的线圈组件安装在一个传感器壳体内部串连而成的㊂这两个串联线圈组件的几何尺寸和电气参数均完全相同，且共用一个活动铁芯组件;活动铁芯组件的两个导磁体的几何尺寸也完全相同，中间用不导磁材料隔开;设计中使两串联线圈组件与其对应铁芯构成各自的闭合磁路㊂当传感器的铁芯组件随被测产品进行往复运动时，两个串连的传感器线圈组件同时输出，最终实现结构串连㊁功能并联的结构紧凑㊁高可靠的双冗余LVDT 线位移测量㊂3.2.2 线圈绕线方式为了扩大传感器线性范围㊁提高灵敏度和生产㊃11㊃ 第6期 一种双冗余LVDT 式位移传感器设计合格率，传感器线圈缠绕方式采用在骨架上紧密排绕5~6层初级线圈后，分阶排列次级线圈的补偿式绕线方法㊂为满足传感器的线性度要求，必须保证传感器在额定行程范围内磁场均匀，采用直径为0.06mm聚酰亚胺漆包线，用误差法计算补偿线圈长度和宽度，确定阶梯式绕制方案，找出补偿线圈的最佳长度和宽度;保证了在额定行程范围内磁场均匀，提高了线性度，同时也提高了产品合格率㊁降低了成本㊂以上措施，使传感器初始线性度控制在2％以内㊂3.2.3 引线方式在传感器出线方面，线圈组件I的四根引出线通过短路环及隔环出线槽，与线圈组件Ⅱ的四根引出线最后一同引出，用八种不同的颜色来区分两线圈组件输出导线，引出线选用耐高温多股软导线，提高了引线强度;引出线通过锁紧组件用锁紧螺母挤压橡胶垫圈抱紧引出线，避免了引出线折断使传感器失效，保证了传感器引出线的安装可靠性㊂3.3 技术途径3.3.1 零位长度双冗余位移传感器是在传统的LVDT位移传感器设计基础上，在壳体内由两个独立线圈组件串联而成，线圈组件间设计有隔环及垫片，用来隔开两线圈组件的磁路㊂铁芯组件长度确定后，在传感器调试中，两线圈组件的中心通过调整隔磁垫片的厚度来保证传感器的零位长度及传感器两线圈组件零位输出的一致性㊂3.3.2 线性度根据LVDT位移传感器的工作原理可知，铁芯长度与线圈长度是决定线性量程和线性度的关键尺寸㊂为了满足系统结构安装空间要求，在材料强度允许的前提下，传感器壳体采用薄壁结构，增加了传感器内部体积;并将传感器铁芯的外径减小，缩小了传感器骨架的内径㊂从而扩大了可绕线部分窗口尺寸，使线圈长度增加，且次级线圈采用阶梯缠绕方式，提高了传感器的线性度㊂根据传感器设计手册中提供的传统计算方法，初级线圈的长度为X L＝4X Li+Kˑd（K＝4~8）（1）式中：X L 为传感器线圈长度;X Li 传感器电气行程;K 经验系数;d 线圈平均直径㊂经计算，初级线圈长度取值范围为98mm~ 130mm㊂由于传感器安装空间的限制，设计的传感器壳体两线圈有效绕线长度仅为59mm，远远小于传统的设计要求长度，其线性度也无法满足不大于1％的任务要求㊂因此，为提高双冗余LVDT位移传感器的线性度和精度，采用了数字拟合补偿方法㊂4 LVDT变换电路设计为实现通过数字拟合的方式提高LVDT位移传感器的线性度和精度，设计时结合系统的数字闭环控制的硬件资源，实现了LVDT位移传感器的数字拟合㊂LVDT变换电路的功能框图如图4所示，由LVDT信号调制解调电路㊁A／D采集电路㊁DSP信号处理电路和总线接口电路组成㊂图4 LVDT变换电路功能框图LVDT信号调制解调电路产生LVDT传感器需要的正弦激磁信号，传感器副边的输出信号输入到调制解调电路，经过信号处理输出位移电压信号;位移电压信号经A／D芯片转换为数字信号后输入到DSP信号处理器;DSP通过总线接口电路接收计算机的数据拟合系数，由DSP实现LVDT传感器的数字拟合，提高了系统数字闭环控制精度㊂5 LVDT测量参数的数字拟合5.1 数字拟合方法在LVDT位移传感器生产完成以后，其固有线性度和精度即以确定，通过实际测量得到传感器输出位移Y与调制解调电路输出的位移电压X的关系矩阵，使用mat1ab中的P＝POLYFIT（X，Y，N）函数，计算得到位移电压X的拟合系数P，P＝[P（1），P（2）， P（N），P（N+1）]，即得到拟合后的位移量y与位移电压X的关系为㊃21㊃宇航计测技术2015年y ＝P （1）ˑX N +P （2）ˑX N -1+ +P （N ）ˑX +P （N +1）（2）综合考虑系统的控制精度和DSP 信号处理电路的运算能力，线位移拟合时采用五阶数字拟合㊂使用计算机计算得到上述拟合系数后，通过总线在线装订参数，即系统测试仪通过总线接口将拟合系数写入DSP 信号处理器内的FLASH 存储区内，在系统数字闭环控制时即使用五阶拟合后的位移反馈数据进行闭环运算，有效提高了系统的闭环控制精度㊂5.2 数字拟合结果分析在系统里通过DSP 数字信号处理器，对位移传感器的测试数据进行数据拟合，采用软件对位移传感器的线性度进行相应的补偿㊂图5所示为三个传感器6个位移通道的测量误差，从图中可见误差具有一定的规律性㊂图6所示为六条误差曲线的平均值和对平均误差曲线的拟合结果㊂根据拟合公式对六个测量通道进行补偿后得到图7所示补偿后的误差曲线㊂因为是根据六条误差曲线平均数据进行补偿，所以补偿线性度为1％左右，若对每个通道传感器单独进行补偿，线性度可达到0.5％以下㊂图5 补偿前误差曲线5.3 试验结果分析实际生产中将单路位移传感器线性度控制在1.2％左右后进行组装测试，但因两线圈组件安装在同一传感器壳体内部且距离近，存在磁场干扰㊂补偿前后位移传感器线性度数据对比见表1㊂目前，线性度能够满足系统要求的ɤ1％的产品很少，采用数字拟合㊁软件补偿的方法相对采用传统的反复缠绕试验㊁修正补偿线圈绕制的方法，提高了线性度㊁缩短了生产周期㊁提高了产品合格率㊂图6平均误差和拟和结果图7 补偿后误差曲线表1 补偿前后数据对比表设计要求值测试项目位移I（％）位移Ⅱ（％）位移ɤ1％补偿前线性度1.026~1.5880.968~1.812补偿后线性度0.114~0.6120.076~0.9726 结束语为了满足控制系统高可靠性的要求，设计了一种新型的双冗余LVDT 式位移传感器，巧妙地实现了结构串联㊁功能并联的双路冗余线位移测量，提高了系统线位移测量的可靠性，并为LVDT 式位移传感器的多余度设计奠定了基础㊂由于双冗余LVDT 位移传感器线性度较低，无法满足系统任务指标要求，采用了位移测量信号数字拟合方法，有效提高了闭环控制反馈信号的测量精度，满足了系统任务要求㊂另外，采用测量信号数字拟合与参数在线装订的方法，缩短了系统性能调试周期，提高了生产效率㊂(下转第52页)㊃31㊃ 第6期 一种双冗余LVDT 式位移传感器设计从表1可见，改进阈值法处理后的信噪比高于指数型阈值法和双曲型阈值法，均方差则相对低于另外两种方法㊂表1 不同阈值方法对比结果加噪信号评价标准指数型阈值法双曲型阈值法改进阈值法Bumps （15.3598dB）Bumps（10.0523dB）信噪比19.801619.798020.1412均方差0.18390.18420.1771信噪比18.047217.954218.2575均方差0.22530.22780.21995 改进方法在管道泄漏检测中的应用将油气集输管道泄漏检测中的压力信号，采用改进的阈值函数对其进行滤波处理，分解尺度N 选为5，阈值选取方法为minimaxi，小波基函数运用sym6，经过阈值去噪后的结果如图7所示㊂其中a 图为实测压力信号，b 图为去噪后信号㊂改进的小图7 实测管道泄漏信号处理结果波阈值去噪方法能够有效地消除噪声还原有用信号，提高信噪比，为后续的泄漏点的判断和定位打下良好的基础㊂6 结束语分析了硬阈值和软阈值函数的不足，同时对指数型和双曲型阈值函数进行了分析，并在此基础上提出了改进的阈值方法，不仅克服了硬阈值和软阈值函数的缺点，而且与指数型和双曲型阈值函数相比也有很大的优势㊂实验结果表明改进的阈值函数有很好的去噪能力，能够保留信号本身细节特点为后续的数据处理打下良好的基础㊂参考文献[1] David L.Donoho，Iain M.Johnstone.Adapting to unknownsmoothness via wave1et shrinkage [J].Journa1of the A-merican Statistica1Association，1995，90（12），1200~1224.[2] 齐敏，黄世震.基于Mat1ab 的小波去噪算法研究[J].电子器件，2012，35（1），103~106.[3] 苏成志，陈洪印，孟凡一.新阈值二进小波去噪算法在齿轮信号中的应用[J].计算机工程与应用，2014，50（18），206~209.[4] 刘希佳，陈宇.小目标识别的小波阈值去噪方法[J].中国光学，2012，5（3），248~256.[5] 王浩全，王军，金相男.基于双曲线阈值函数的小波阈值降噪方法[J].中北大学学报（自然科学版），2010，31（6），625~630.[6] 刘卫东，刘尚合，胡小锋.小波阈值去噪函数的改进方法分析[J].高电压技术.2007，10（33）：59~63.[7] 曲志刚，封皓，靳世久.基于提升小波的管道安全系统信号特征提取方法[J].传感器与微系统.2010，29（5）：㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂㊂59~62.(上接第13页)参考文献[1] 王绍纯.自动监测技术[M].北京：冶金出版社，1988.[2] 袁希光.传感器技术手册[M].国防工业出版社，1986.[3] 李科杰.传感器最新进展和技术动向.传感器世界，1996（7）：13.[4] 唐敏，黄刚.传感器技术的现状与未来[J].传感器世界，1996（7）：12.[5] 樊尚春.传感器技术及应用.北京航空航天大学出版社.[6] 崔伟，边友.LVDT 位移传感器在伺服阀测试中的应用.传感器世界，2012.02.㊃25㊃宇航计测技术 2015年一种双冗余LVDT式位移传感器设计作者：蒋晓彤， 刘俊琴， 王首浩， JIANG Xiao-tong， LIU Jun-qin， WANG Shou-hao作者单位：北京精密机电控制设备研究所,北京,100076刊名：宇航计测技术英文刊名：Journal of Astronautic Metrology and Measurement年，卷(期)：2015,35(6)引用本文格式：蒋晓彤.刘俊琴.王首浩.JIANG Xiao-tong.LIU Jun-qin.WANG Shou-hao一种双冗余LVDT式位移传感器设计[期刊论文]-宇航计测技术 2015(6)。
《LVDT位移传感器》
您现在的位置：首页>产品系列>传感器GA系列GA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
通过屏蔽电缆与变送器电路相连，传感器壳体的长度可以缩短，可直接将变送器电路裸板安装于二次仪表内，也可选变送器盒独立安装。
对多点测量，配我公司的5CB-10C型精密数字内带振幅和频率均很稳定，且输出功率强大的激励信号源。
位移计且可实现多达30支传感器的同时测量。
特点：坚固耐用、可靠性高应用：安装空间狭小的场合、便于多测点同时测量、检测仪器、工件定位、冶金化工行业、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器DA系列DA系列产品均为将差动变压器（LVDT）与变送器电路统一封装在一个金属壳体里的机电一体化产品。
其高导磁性不锈钢外壳有效的使LVDT内部形成封闭而均衡的电磁场，对外界各种电磁干扰形成屏蔽变送器电路与LVDT直接在壳体内部连接，避免了交流小信号通过电缆线时的衰减和空间电磁干扰。
变送器电路多样化就能获得模拟量输出，可直接接各类数显或数采设备。
特点：抗干扰能力强、可远距离传输、安装使用简便、可长期连续工作应用：适合于工矿环境、流水线在线测量、通用试验室环境、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器MA系列MA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
使用很细微的漆包线绕制而成，传感器壳体部分外径只有8mm，有效的缩减了径向安装空间，通过屏蔽电缆与变送器电路相连，可直接将变送器裸板安装与二次仪表内，也可选配变送器盒独立安装。
特点:体积小重量轻、可轴向或侧向出线应用：安装空间狭小的场合、便于多测点同时测量、普通温湿度环境环境参数：以下测试结果环境为：温度20℃±2℃，湿度60%±10%，电源噪声<10mV，输出信号类型为0~5V时；您现在的位置：首页>产品系列>传感器SMA系列SMA系列产品均为LVDT与变送器电路分开的产品。
高调门LVDT示意图解与实例讲解
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，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。
LVDT工作过程中，铁心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均有一个线性范围。
LVDT为铁心可移动的直线型线性差动变压器。
由1组初级线圈、2组次级线圈及铁心等组成。
若在初级线圈上施加一个幅值频率恒定的激励源，在2组次级线圈中就会感应出频率相同电压信号。
当铁心随油动机活塞杆移动时，若铁心靠近次级线圈1，则次级线圈1上的感应电压会增强，同时次级线圈2上的感应电压由于远离铁心会减弱。
反之亦然。
两次级线圈感应电压的差值即可表示油动机活塞杆移动的位置，即油动机行程。
LVDT的结构由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，如右图所示，初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。
当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为0；当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。
为了提高传感器的灵敏度，改善传感器的线性度、增大传感器的线性范围，设计时将两个线圈反串相接、两个次级线圈的电压极性相反，LVDT输出的电压是两个次级线圈的电压之差，这个输出的电压值与铁心的位移量成线性关系。
LVDT工作过程中，铁心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均有一个线性范围。
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LVDT线性位移传感器的设计一、引言差动变压器式传感器的特点是灵敏度高、分辨力大，能测出0.1um更小的机械位移变化;传感器的输出信号强，有利于信号的传输；重复性好，在一定位移范围内，输出特性的线性度好，并且比较稳定，因此广泛应用于压力、位移传感器的设计制造中，尤其在航空、航天等环境恶劣、环境温度高的压力测量方面，也得到了广泛的应用。
二、方案论证1.参数要求给定原始数据及技术要求1）.最大输入位移为100mm2）灵敏度不小于80V/m3）非线性误差不大于10%4）零位误差不大于1mv5）.电源为9v，400HZ6）.最大尺寸结构为160mmX21mm2.方案讨论根据给定技术要求选择电感变换元件的类型及测量电路的形式，如图1所示图1、传感器的组成框图1）传感器电感变换元件类型的选择（1）测量范围小，如位移从零点几微米至数百微米，且当线性范围也小时，常用E形或II形平膜硅钢片叠成的电感式传感器或差动变压器。
(2) 螺线管，常用于测量1mm以上至数百毫米的大位移，其线性范围也较大。
2）测量电路的选择测量电路主要依据选定的电感变换器的种类、用途、灵敏度、精度及输出形式等技术要求来确定。
3.螺管型差动变压器的工作原理差动输出电动势为 E = jωI1(M1-M2) = jωI1ΔM = fΔM所以,差动变压器输出电动势为两副边线圈互感之差ΔM的函数。
螺管型差动变压器结构复杂，常用二节式、三节式、一节式的灵敏度高，但三节式的零点较好。
差动变压器的工作原理类似变压器的作用原理。
这种类型的传感器主要包括有衔铁、一次绕组和二次绕组等。
一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。
由于在使用时采用两个二次绕组反向串接，以差动方式输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。
图2为三节式螺管型差动变压器的示意图。
图2 三节式差动变压器的结构形式三．螺管型差动变压器的参数计算现以三节式螺管型差动变压器式传感器为例来说明参数的设计计算方法，其结构如图3。
由推导的数学模型可知：所推导处的各种公式是设计螺管型差动变压器式传感器的主要依据。
1.激磁绕组长度的确定通常是在给定非线性误差γ及最大动态范围Δl MAX的条件下来确定值b，即联立以上各式解得（3-1）2.衔铁的长度的确定由结构图3的几何尺寸关系可知，铁芯的长度为：式中、l1,l2 --衔铁在两个副边绕组m中的长度；d--初次线圈间骨架厚度；b--原边线圈的长度；m--两副边绕组长度。
初始状态时有l1=l2=l0，则衔铁的长度由图3的几何尺寸有（3-2）设计时，一般取l0=b，故有lc=3b+2d，通常取d＜＜b，则lc=3b由式（3-1）求得为b=2.24cm，求得为lc=6.72cm。
3.副边线圈长度的确定设：（1）衔铁插入到两个副边绕组的长度分别为l1、l2，且在初始状态时：l1=l2=l0；（2）最大动态范围Δl MAX为已知给定值。
则应该成立，才能保证衔铁工作时不会超出线圈以外。
一般取l0=b，则（3-3）式中，δ—保证在最大动态范围Δl MAX时衔铁仍不会超出线圈之外的保险余量。
一般取δ=2～10mm，在b值较小时，δ值可取大一些。
此处取为δ=10mm，求得m=5.85mm。
4.经验数据一般衔铁长度l c与衔铁半径r c之比可取为骨架外径R与内径r之比可取为R / r = 2～8在设计骨架内径r与衔铁半径r c应尽量取得相近，即r=r c，这样可简化计算工作量。
由为lc=10.05，求得为r c=0.5cm，R为1cm（取R / r = 2）。
图3、螺管差动变压器式结构以及磁场分布图5.激磁电压频率的选定电源电压的频率会影响到灵敏度铁损和耦合电容以及线圈阻抗的损耗等。
其结果都将影响输出电压的大小，所以对电源频率的选择也是一个非常重要的参数，由于上述原因，电源频率需要根据频率特性来选取。
在忽略传感器的涡流损失，铁损失和耦合电容等影响，其等效电路如图4所示。
图4、差动变压器式传感器等效电路设：1. Ep、I--初级线圈激磁电压及电流；2. L1、Rp--初级线圈电感及电阻3.M1、M2--初级与次级线圈间互感4. Ls1、Ls2、Rs1、Rs2--次级线圈的电感与电阻值5. E0 --两个次级差动电势由等效电路有以下各式成立：联立以上各式解得：（3-4）令，则上式变为由此式（3-4）可知1. ，即ω增加，也增加2.当时，则，此时输出与频率无关3.当ω超出某一值（取决于衔铁材料），则集肤效应增加，使铁损等增大，输出减小而使灵敏度减小。
4.灵敏度与间特性曲线如图5所示，其灵敏度为图5、激磁电压频率与灵敏度关系曲线由图5知1电源频率应选在曲线中间平坦区域，保证频率变化时电压保持不变。
2根据铁芯使用的磁性材料来确定最高频率，以保证灵敏度不会变，这样既可以放宽对频率稳定性的要求，又可以在一定电压下减小磁通或安匝数。
从而减小传感器的尺寸。
6.灵敏度的确定灵敏度为（3-5）7.原边与副边绕组匝数的确定由式(3-5)可知：当安匝数IN1增加时，可使灵敏度 S M增加，但IN1的增加将受到线圈导线允许电流密度、导线散热面积以及磁饱和等因素的限制。
下面利用这三个条件来确定N1和N2。
1）按允许的电流密度计算安匝数由电流密度的定义和窗口面积容纳线圈的约束条件，有以下各式成立：联立上述两式解得故得（3-6）式中，j g--电流密度，取；q--导线截面积；Q--骨架窗口截面积；kc--填充系数，；又Q=7.525cm2 求得 .由式（3-6）可见，Q增大，IN数增加，但受几何尺寸限制。
2）按线圈发热计算IN值因为线圈有铜损耗电阻，所以要消耗一定的功率而转换为热量，为了保证线圈不被烧坏，必须满足以下条件。
设：为每瓦功率所需要的散热面积，为线圈外表散热面积，则应满足联立上述各式，解得（3-7）式中--导线电阻率，取铜导线在室温下的电阻率，为--每匝平均长度，求得为4.7124cm取求得，代入求得IN≤356由式（3-7）可知：要使IN增加，则必使Q和So增大，同时使减小，所以决定了传感器为细长形状的结构。
3）按磁饱和计算安匝数因为磁路中由激磁电流确定的磁通量为所以得（3-8）为使工作在磁化曲线的线性段，需要满足一下条件：式中Bc-基本磁化曲线饱和点的磁感应强度；材料为坡莫合金，取;A--导磁体截面积；计算得10.05cm；R M--材料磁阻，计算为;求得IN为; 。
综合三者，取最小值为IN=356A工程设计时，常利用式（3-6）式（3-7）和式（3-8）三个公式，采用试探法来确定值，其步骤如下：1.先由式计算出一个IN值2.将计算出的IN值代入式（3-7）和式（3-8）中进行验算，经过反复修正后得到满意的IN值。
3.再由，算出N值，从而得到的I值（）。
取;8.差动变压器变压比的确定由式（3-5）得，（3-9）若使次级绕组增加，将会造成零漂移且电阻增加造成铜损增大，并易受到干扰。
因此，一般设计时，当初级线圈的匝数为N1=500匝~1500匝时，常取。
要求；求得;取N1=8275; N2=16548四、测量电路的设计测量电路的功能是对传感器的输出信号进行处理，差动变压器型位移传感器的测量通常采用AD698芯片进行采集处理。
AD698与LVDT配合，能够高精确和高再现性地将LVDT的机械位移转换成单极性或双极性的直流电压。
AD698具有所有必不可少的电路功能，只要增加几个外接元源元件来确定激磁频率和增益，就能把LVDT的次级输出信号按比例地转换成直流信号。
1. AD698的特点（1）AD698提供了用单片电路来调理LVDT信号的完整解决方案，它含有内部晶振和参考电压源，只需附加极少量的无源元件就可实现位置的机械变量到直流电压的转换，并且无需校准。
其单极性或双极性直流电压输出正比于LVDT的位移变化。
（2）驱动LVDT的激磁信号频率为20Hz～20kHz，它取决取于AD698的一个外接电容器。
AD698的输出电压有效值达24V，能够直接驱动LVDT 的初级激磁线圈，LVDT的次级输出电压有效值可以低于100mV。
（3）振荡器的幅值随温度变化不会影响电路的整体性能。
AD698采用比率译码方案，即通过计算次级电压与初级电压的比率来确定LVDT的位置和方向，无需整定。
2 AD698的工作原理2.1 AD698与LVDT的连接LVDT是一种机械-电子传感器，其输入是磁芯的机械移动，输出是与磁芯位置成正比的交流电压信号。
LVDT由一个初级线圈和二个次级线圈组成，初级线圈由外部参考正弦波信号源激励，二个次级线圈反向串联。
活动磁芯的移动可改变初级线圈之间的耦合磁通，从而产生二个幅值不同的交流电压信号。
串联次级线圈的输出电压随着磁芯移离中心位置升高，通过测量输出电压的相位可以判断磁芯移动的方向。
AD698与LVDT连接的功能框图如图6所示。
图6、AD698和LVDT连接图2.2 AD698的工作原理AD698首先驱动LVDT，然后读出LVDT的输出电压并产生一个与磁芯位置成正比的直流电压信号。
AD698用一个正弦波函数振荡器和功率放大器来驱动LVDT，并用二个同步解调级来对初级和次级电压进行解码，解码器决定了输出电压与输入驱动电压的比率（A/B）。
滤波级和放大器可按比较整输出结果。
振荡器中包含一个多谐振荡器，该多谐振荡器产生一个三角波，并驱动正弦波发生器产生一个低失真的正弦波，正弦波的频率和幅值由一个电阻器和一个电容器决定。
输出频率在20Hz～20kHz可调，输出有效幅值在2V～24V可调。
总谐波失真的典型值是50dB。
AD698通过同步解调输入幅值A（次级线圈侧）和一个固定的参考输入B（初级线圈侧或固定输入）。
早期解决方案的共同问题是驱动振荡器幅值的任何漂移都会直接导致输出增益的错误。
AD698通过计算LVDT输出与输入激励的比率消除了所有的偏移影响，从而避免了这些错误。
AD698不同于AD598型的LVDT信号调理器，因为它实现了一个不同的电路传递函数，并且不要求LVDT次级线圈（A+B）是一个随行程长度而定的常量。
AD698的输入包括二个独立的同步解调通道A和B。
B通道用来监测驱动LVDT的激励信号，A通道的作用与之相同，但是它的比较器引脚是单独引出来的。
因为在LVDT处于零位的时候，A通道可能达到0V，所以A 通道解调器通常由初级电压（B通道）触发。
另外，可能还需要一个相位补偿网络给A通道增加一个相位超前或滞后量，比此来补偿LVDT初级对次级的相位偏移。
一旦二次通道信号被解调和滤波后，再通过一个除法电路来计算比率A/B，除法器的输出是一个矩波信号。
当A/B等于1时，矩形波的占空比为100%。
输出放大器测量500μA的参考电流并把它转化成一个电压值。