LVDT线位移传感器测量电路设计与非线性问题研究
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。
lvdt位移传感器电压电流转换电路的设计
lvdt位移传感器电压电流转换电路的设计LDVT位移传感器是一种用于测量位移的新型传感器，它通过将位移转换为线性变化的电压量来实现测量。
LDVT位移传感器电压电流转换电路通常由放大器、运算放大器，限流电路和传感器组成，它可以将位移传感器输出电压转换为输出电流，用于外部控制或仪表计量。
本文将介绍LDVT位移传感器的电压电流转换电路的设计原理，包括电路的基本原理、部件构成和连接方式。
LDVT位移传感器电压电流转换电路有一个放大器元件，它可以将位移传感器输出的小信号转换为可控制或仪表计量的电流信号。
该电路的基本结构如下图所示：该电路由放大器、运算放大器、限流电路以及负反馈限制电路组成。
电路的工作原理可大致分为三个部分：1、第一部分是采用标准运算放大器放大位移传感器输出电压，即将位移传感器输出电压（Vin）通过两个电阻（R1和R2）放大，将放大后的电压（Vout）输入到运算放大器（OP）的输入电压1 （V1）中，通过减算放大器运算后，将放大电压（Vout）转换成电流。
2、第二部分是采用恒流电路（I）检测输出电流的大小，通过对收到的输出电流信号进行测量，对输出电流进行控制和限流。
3、第三部分是采用反馈限制电路（FBL）使输出电流上限受到限制，从而减小输出电流的有效值，保证电路的耐用性。
为了实现LDVT位移传感器电压电流转换电路，采用部件构成如下：（1）运算放大器：采用 LM358 运算放大器作为电路的运算放大器组件，该电路通过两个运算放大器（OP-A和OP-B）实现电压电流转换，OP-A作为放大器，OP-B作为减放大器。
（2）限流电路：采用LM317稳压电路作为电路的限流电路，实现输出电流的控制和限流。
（3）负反馈限制电路：采用LM741反馈放大器来实现负反馈限制，当输出电流超出设定的上限时，反馈放大器来限制放大器的输出，从而减小输出电流。
LVDT线性位移传感器的设计
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。
基于神经网络算法的LVDT传感器非线性补偿方法设计
基于神经网络算法的LVDT传感器非线性补偿方法设计姜彪;李荣正;曹磊【摘要】针对线性可变差动变压器式传感器(Linear Variable Differential Transformer,LVDT)存在非线性缺陷,提出了一种新的级联补偿方法.它是一种基于传感系统的以函数连接型人工神经网络FLANN模型为线性变量的自适应非线性补偿方法,FLANN复杂度不高却拥有高精度的优点.首先分析了LVDT传感器产生非线性的原因,然后利用神经网络算法进行非线性校正,经过实验分析与结果比对,证明了该方法具有较强的可行性、有效性,达到了理想的实验要求.%Considering nonlinear defects of a linear variable differential transformer (LVDT),a new cascade compensation method was proposed.It's an adaptive nonlinear compensation method which has a sensing sys-tem based and has a functionally-linked artificial neural network model (FLANN)taken as the linear variable.The FLANN has advantages of low complexity and high precision.Analyzing the causes of non-linearity of the LVDT sensor and then using the neural network algorithm to implement nonlinear correction and comparing the results prove both feasibility and effectiveness of this method.【期刊名称】《化工自动化及仪表》【年(卷),期】2017(044)009【总页数】5页(P853-856,908)【关键词】LVDT;人工神经网络;级联补偿;自适应非线性补偿【作者】姜彪;李荣正;曹磊【作者单位】上海工程技术大学电子电气工程学院;上海工程技术大学电子电气工程学院;上海工程技术大学电子电气工程学院【正文语种】中文【中图分类】TP212线性可变差动变压器式传感器(Linear Variable Differential Transformer ，LVDT)在测量位移的系统中具有极其重要的作用。
如何解决LVDT定位传感器中非线性问题？
如何解决LVDT定位传感器中非线性问题？
是性能不理想的信号生成器/调节器导致的结果，而第三种非线性来源则是
变送器造成的。
此外，上述所有非线性情况在系统中可能同时存在，从而会使信号链的
输出用数学式表达异常复杂。
解决非线性问题现在，我们不仅将解决由非理想信号生成器和调节
器带来的两种非线性来源问题，而且还将分析常见非线性系统形式之一的二阶
非线性系统。
该分析可进一步延伸至更高阶的非线性以及非线性变送器输出。
失真驱动信号
在存在失真驱动信号（或载波信号）的情况下，通过三角函数运算并设
a1=1，a2=b，等式1 给出的振幅调制载波信号可表示为：
等式9 说明，除了大约为ωC 的信号外，变送器输出还提供0 弧度／秒和大约2ωC 的频率组分。
最大限度减少频率组分（在0 弧度/秒和大约2ωC 下）的明确方法是使用中心频率设定在ωC、而且带宽足够的带通滤波器。
具体而言，带宽应具有在wC±wS 范围内无显着衰减的特性。
这样的带通滤波器，其输出可表达为：
然后，无论采用峰值法还是均值法，都能通过解调该带通滤波器输出来
提取变送器信号。
非线性信号链二阶信号链非线性的存在会导致振幅调制信号发生下。
LVDT数字解调系统的研制的开题报告
LVDT数字解调系统的研制的开题报告一、选题背景LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是一种传感器，用于测量线性位移变化，广泛应用于工业，自动化控制和科学实验等领域。
LVDT数字解调系统是一种将LVDT传感器所测得的信号进行数字解调的设备，可用于快速、准确地测量LVDT传感器所测量的物理量。
二、研究目的为了提高LVDT数字解调系统的精度和稳定性，本研究旨在设计并研制一种新型的LVDT数字解调系统。
三、研究内容1. LVDT传感器信号采集电路设计2. LVDT传感器信号较准电路设计3. LVDT传感器信号调理电路设计4. LVDT传感器信号数字解调算法研究5. 系统集成与测试四、研究方法本研究主要采用理论分析和实验研究相结合的方法进行，通过理论分析和模拟仿真可以预测系统性能和发现存在的问题；通过实验研究可以验证理论分析结果和性能指标达成设计要求。
五、预期效果本研究拟研制的LVDT数字解调系统，能够实现LVDT传感器信号数字解调，提高精度和稳定性。
并应用于实际生产应用，提升生产效率和品质水平，达到经济效益和社会效益的双重收益。
六、研究进度计划1. 第一阶段：对LVDT传感器信号进行采集、较准和调理的电路设计，计划用时3个月。
2. 第二阶段：对LVDT传感器信号进行数字解调算法研究，计划用时2个月。
3. 第三阶段：系统集成和测试，计划用时1个月。
4. 第四阶段：撰写论文和答辩，计划用时2个月。
总计划用时：8个月。
七、研究团队和资源本研究的团队由一名研究生、一名指导教师和一个实验室助理组成，实验室将提供必要的实验设备和材料。
基于切比雪夫最佳逼近的LVDT位移传感器信号处理
基于切比雪夫最佳逼近的LVDT位移传感器信号处理
汪首坤;彭建敏;刘洋
【期刊名称】《北京理工大学学报》
【年(卷),期】2013(0)3
【摘要】针对LVDT位移传感器两端输出信号的非线性问题,提出了一种基于切比雪夫最佳逼近原理的信号处理方法.该方法将传感器有效量程自适应地分为线性和非线性区域.线性工作范围和对应直线逼近函数利用切比雪夫一次最佳逼近自适应确定,非线性区域信号采用有理B样条函数进行线性化处理.设计了基于MSP430单片机的信号处理器,搭建了基于步进电机直线台和标准激光传感器的试验平台,对该算法进行实验验证.实验选用量程为85mm的LVDT位移传感器,实验结果表明,该方法将传感器的非线性误差从2.47%降至0.30%,测量平均误差绝对值从
0.64mm降至0.12mm,有效改善了传感器的线性度和精度,延展了其工作范围.【总页数】5页(P271-275)
【关键词】线性可变差动变压器(LVDT);位移传感器;信号处理;切比雪夫最佳逼近原理
【作者】汪首坤;彭建敏;刘洋
【作者单位】北京理工大学自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN919.34
【相关文献】
1.基于切比雪夫最佳逼近意义下的CPI 指数变化通道的原理与方法∗ [J], 顾乐民
2.用切比雪夫最佳逼近理论求拟合直线方法 [J], 张云芝;刘付永红;林万荣
3.切比雪夫最佳一致逼近法及误差函数特性研究 [J], 李国林
4.利用切比雪夫最佳逼近直线理论解决一类最值问题 [J], 曹斌
5.切比雪夫最佳逼近直线问题 [J], 余铁青
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LVDT线位移传感器测量电路设计与非线性问题研究
LVDT线位移传感器测量电路设计与非线性问题研究摘要：本文研究了LVDT（线性变差互感器）的线位移传
感器测量电路设计及其在非线性问题上的研究。
首先介绍了LVDT的基本原理和特点，然后详细讨论了LVDT测量电路的设
计要点，包括放大器的配置、滤波和增益调节等。
接着，对于LVDT的非线性问题进行了深入研究，分析了由于磁饱和、温
度变化和非理想性等因素引起的非线性误差，并提出了相应的补偿方法。
最后，通过实验验证了所设计的LVDT线位移传感
器测量电路的效果，并对非线性补偿方法的有效性进行了验证。
关键词：LVDT；线位移传感器；测量电路设计；非线性问题；非线性误差；补偿方法
1. 引言
LVDT是一种常用的线位移传感器，具有精度高、测量范围广
和稳定可靠等优点，被广泛应用于工业自动化、航天航空等领域。
然而，由于外界干扰和设备老化等原因，LVDT的测量精
度可能会受到一定程度的影响。
因此，对于LVDT的测量电路
设计和非线性问题的研究具有重要意义。
2. LVDT的基本原理和特点
LVDT是一种基于互感效应的传感器，其结构包括一个主线圈
和两个从线圈。
当主线圈中通过交流电流时，会在两个从线圈中感应出信号电压，根据从线圈中的信号电压的大小和相位差，可以确定物体的线位移大小。
LVDT具有以下特点：
（1）测量范围广：LVDT的测量范围可以达到几微米到几毫米，并且可以实现双向测量。
（2）精度高：LVDT的测量精度可达到亚微米级别。
（3）稳定可靠：LVDT的结构简单、稳定性好，并且不易受到
外界环境的干扰。
3. LVDT测量电路的设计要点
LVDT测量电路的设计要点包括以下几个方面：
（1）放大器的配置：选择合适的放大器，以保证LVDT信号的放大和增益的稳定性。
（2）滤波：采用低通滤波器对信号进行滤波，去除高频噪声
干扰。
（3）增益调节：根据测量范围和精度要求，调节放大器的增益，以保证信号的有效测量。
4. LVDT的非线性问题及补偿方法
LVDT的非线性问题主要由于磁饱和、温度变化和非理想性等
因素引起。
这些因素会对LVDT的输出信号产生非线性误差，
降低了测量精度。
为了解决这些问题，本文提出了以下补偿方法：
（1）磁饱和补偿：通过合理设计主线圈和从线圈的参数，以
及增加磁饱和检测电路，实现对磁饱和的补偿。
（2）温度补偿：通过温度传感器监测环境温度的变化，并通
过电路设计对温度变化进行补偿。
（3）非理想性补偿：通过校准和调整电路元件的参数，以及
使用数字信号处理方法对非理想性进行补偿。
5. 实验验证与分析
通过实验验证了所设计的LVDT线位移传感器测量电路的效果。
实验结果表明，该测量电路能够实现对线位移的准确测量，并且在非线性补偿方面取得了较好的效果。
6. 结论
本文研究了LVDT线位移传感器测量电路设计和非线性问题的相关内容。
通过对LVDT的基本原理和特点进行介绍，详细讨论了LVDT测量电路的设计要点，并对非线性问题进行了深入研究。
最后，通过实验验证了所设计的LVDT线位移传感器测量电路的有效性，并对非线性补偿方法进行了验证。
这些研究结果对于提高LVDT测量精度和稳定性具有重要意义，并为相关工程应用提供了参考。
综上所述，本文研究了LVDT线位移传感器测量电路设计和非线性问题的相关内容。
通过磁饱和补偿、温度补偿和非理想性补偿等方法，有效地解决了LVDT输出信号的非线性误差问题，提高了测量精度。
实验结果表明，所设计的LVDT测量电路能够准确测量线位移，并且在非线性补偿方面取得了较好的效果。
这些研究结果对提高LVDT测量精度和稳定性具有重要意义，为相关工程应用提供了参考。
未来的研究可以进一步探索其他补偿方法，提高LVDT的性能和应用范围。