一种差动变压器式位移传感器的建模仿真分析
基于Simulink的差动变压器式角位移传感器（RVDT）建模与仿真
基于 Simulink的差动变压器式角位移传感器（ RVDT）建模与仿真摘要为建立基于Simulink的差动变压器式角位移传感器的模型，并验证模型的正确性，本文对飞机上应用的差动变压器式角位移传感器的原理进行了深入分析，通过试验的方法得到了RVDT传感器的动态演化曲线，通过试验测试，获得了RVDT传感器的相关参数，利用所建模型进行了动态特性仿真和拟配分析。
结果表明：建立的Simulink模型与试验结果参数拟合，可体现RVDT传感器的静态特性和动态特性。
本文基于Simulink的差动变压器式角位移传感器（RVDT）建模方法，对于后续对RVDT传感器特性研究具有典型意义。
关键词传感器；RVDT；和值监控；建模中图法分类号 TP212.1；文献标志码 AModeling and Simulation of Differential Transformer Angular Displacement Sensor (RVDT) Based on SimulinkCAO Ruo-han1, DONG Zhen-yu2, LI Chao-chao 3,CHEN Yun-qiu 4（XiFei Design Department, AVIC Xi’an Aircraft Industr y (Group) Company Ltd. , Xi’an 710089,China）[Abstract] In order to establish the model of differential transformer angular displacement sensor based on Simulink and verify the correctness of the model, this paper analyzes the principle of differential transformer angular displacement sensor applied in aircraft, obtained the dynamic evolution curve of RVDT sensor through the test method, and obtains the relevant parameters of RVDT sensor through the test The dynamic characteristic simulation and matchinganalysis are carried out. The simulation results show that the static characteristics of the sensor can be fitted with the static characteristics of the sensor. In this paper, the modeling method of differential transformer angular displacement sensor (RVDT) based on Simulink is of typical significance for the subsequent research on the characteristics of RVDT sensor.[Key words] sensor; RVDT; sum value monitoring; modeling如果说飞机是人的躯体，那飞机上的各种传感器便是眼睛、耳朵和鼻子。
差动变压器式位移传感器参数化仿真及优化的开题报告
差动变压器式位移传感器参数化仿真及优化的开题报告一、研究背景差动变压器式位移传感器（LVDT）是一种常见的传感器类型，利用电磁感应原理测量物体的位移。
在工业自动化系统、航空航天、汽车工业等领域都有广泛的应用。
目前，随着科学技术的发展，更高精度和更稳定的LVDT传感器已成为工业制造中不可或缺的工具，为生产过程中的监测、控制和生产调整提供了更详细和准确的数据。
二、研究内容本研究旨在通过参数化仿真和优化，实现LVDT传感器的更精确计量效果。
主要研究内容包括：1. 建立LVDT传感器数学模型2. 对数学模型进行仿真，分析LVDT传感器输出的准确度与响应速度3. 通过仿真的结果，对传感器进行参数优化，提升准确性和稳定性4. 研究分析仿真系统中的误差源，找到误差源并采取相应措施减少影响三、研究意义通过上述研究内容，达到以下研究意义：1. 提高LVDT传感器的计量准确度和稳定性，保证工业自动化系统的生产质量2. 为相关领域的科研提供重要支撑，推进建立更为科学的智能工业制造四、研究方法本研究采用参数化仿真和优化方法，结合MATLAB等工具，通过对LVDT传感器的数学模型建立和仿真，不断优化其参数，逐步实现更高精度和更稳定的LVDT传感器计量效果。
五、研究进展目前，本研究已完成LVDT传感器的基本数学模型建立，并进行了初步的数学模型仿真。
模拟结果表明，其输出响应速度较快，但出现了一定的误差，需进一步优化。
下一步，将逐渐优化传感器参数，达到更加准确和稳定的计量效果。
六、预期成果本研究预期成果为：1. 完成LVDT传感器参数化仿真和优化，实现更高精度和更稳定的计量效果2. 提供有关LVDT传感器计量准确度的实证数据和相关研究文献3. 推进工业自动化系统和相关领域的科学发展七、研究难点在LVDT传感器的参数化仿真和优化过程中，主要研究难点包括：1. 建立合适的数学模型，合理地考虑机械、电学和磁学三方面因素2. 通过仿真结果，识别误差源3. 对误差源采取有效措施八、可行性分析在目前的科技水平下，利用参数化仿真和优化方法研究LVDT传感器的准确度和稳定性是十分可行的。
实验二 差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的1、通过实验，掌握差动变压器式电感传感器的基本工作原理。
二、实验原理差动变压器式电感传感器是利用感应电动势的方法，将物理量（如位移、压力、力等）转换为电信号的电子传感器。
差动变压器式电感传感器的基本组成为：主变压器、感应线圈和吸引式铁芯。
其中主变压器的主要作用是调制、解调信号，感应线圈是感应位移的探头，吸引式铁芯则用于传递感应力或位移作用。
当感应线圈产生了位移时，感应线圈中的磁通量随之变化，从而产生了感应电动势。
通过差动测量，可以得到感应线圈中的感应电动势。
差动变压器式电感传感器在运转中，其电感值随着位移的变化而变化。
最终，差动变压器式电感传感器可以将位移信号转化为电信号，并将转化后的电信号输出。
差动变压器式电感传感器相对于其他传感器的优势在于，其精确度比较高，线性度良好，同时具有较高的抗干扰能力和稳定性，适用于许多高精度位移测量场合。
三、实验器材与仪器2、数字万用表3、直流稳压电源4、温度控制器5、实验样品四、实验步骤1、连接实验装置：将差动变压器式电感传感器、数字万用表、直流稳压电源和温度控制器按照电路线路图连成一整个电路。
待连接完毕后，检查各个实验器材连接是否牢固且正确。
2、打开电源：将直流稳压电源和温度控制器的电源开关打开。
3、调节电源电压：调节直流稳压电源输出电压为3V并固定。
4、测量初始电压：将数字万用表的测量回路连接至差动变压器式电感传感器的输出端口，调节温度控制器以达到室温环境下的温度值。
在测定之前，需要先将应变计（或激光信号测试仪等测试仪器）分别置于初态位置和终态位置，然后测量出其初始电压值和终态电压值，并记录下来。
5、应变测试：通过手动控制实验样品位移并使实验样品进行定量的变化，此时差动测量器的输出电压值也会相应变化。
根据变化的大小，对应获取测量结果，并记录下差动测量器的输出电压值。
6、数据分析：在完成实验测量之后，需要对实验测量数据进行分析，并得到本次实验的相关结论。
动态自稳定高精度差动变压器式位移传感器设计
嚣黪囊
躁
。
度差 动变 Ａ 文章编号 ：１０ — ８ Ｘ ２ １）６ ０ ０ — ３ ０ ６ ８ ３ （０ ０ － ０ ９ ０ ０
摘要 ：本文根据 作者对数 控车床 转塔型 电动刀架 控制系统 的改进 实践 ，总结 设计 了全新控制 系统 ， 彻底解 决刀架上 的刀位开 关的可 靠性和 控制板 电路 的可靠 性的问 题。该系 统经长期 实践验证 ，具有
法 ，实现无接触 高精度 测量 的一种装置 。
以直 螺管形差 动变压器 为例 ，直螺 管形差动 变压器 的结构如 图１（ ） ａ 所示 。 由初级线 圈 Ｌ ， 它
两 个 次 级 线 圈 Ｌ 、Ｌ 、插 入 线 圈 中 央 的 圆柱 形 铁 ２ ３
芯 Ｔ和非导磁 触杆 Ｇ 组成 。初级线 圈 Ｌ均 匀分
的基本结 构和工作 原理 。 差动变 压器式位 移传感 器的工作 原理 ，是利
用 次 级 线 圈 与 初 级 线 圈 的 互 感 量 随 线 圈 中 铁 芯 位 移 的 变 化 而 变 化 的 原 理 ，并 通 过 对 称 式 两 个 线
圈 以差 动 方 式连 接 ，以实 现 消 除静 态偏 差 的方
要的 ，最 理想 的负 反馈信 号是 铁芯在 最左侧 或者 最右侧
位 置 时 的输 出 电压 己 。 ＾ 但 传 感 器 的 工 作 往 往 是 铁 芯 位 置 不 定 ， 也 可 能 长 期 没 有 机 会 在 最 左 或 者 最 右 ， 工 作 中也 可 能 不 允 许 出 现 在 最 左 或 者 最 右 ， 所 以 ，铁 芯 在 最 左 侧 或 者 最 右 侧 位 置 时
芯的移动越敏 感 。误 差大小 与偏离标准 工作条件
制冷机用差动变压器式位移传感器仿真与设计
制冷机用差动变压器式位移传感器仿真与设计康建飞;杨宝玉;李战兵【摘要】为了设计出制冷机最适用的位移传感器,构建了现用传感器的有限元模型,并对输出特性作了仿真分析及实验验证,进一步利用该模型指导了二段式结构的设计及优化.利用该有限元模型设计的样品的实验结果与仿真结果基本吻合,该模型对差动变压器式位移传感器的分析计算有效可行.【期刊名称】《低温工程》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】4页(P50-53)【关键词】制冷机;差动变压器;位移传感器;仿真设计【作者】康建飞;杨宝玉;李战兵【作者单位】中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院大学北京100049;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院上海技术物理研究所上海200083;中国科学院大学北京100049【正文语种】中文【中图分类】TB663差动变压器式(Linear Variable Differential Transformer，LVDT)位移传感器是一种基于电磁感应原理工作的位移测量装置，能够将机械位移信号转换为电信号，从而实现位移的测量。
LVDT位移传感器一般由初级线圈、两个次级线圈、骨架、铁芯等组成，具有寿命长、无摩擦测量、无限的分辨率、环境适应性好等特点，因此在机械制造、伺服控制领域广泛使用[1]。
压缩机输入冷头的PV功通常采用LVDT位移传感器来测量[2]，LVDT位移传感器在制冷机当中一般安装于压缩机或膨胀机的两端，如图1所示，铁芯通过连杆与活塞相连，给定初级线圈正弦激励电压，活塞带动铁芯移动，次级线圈产生感应电压由信号调节电路处理信号，最终得到活塞位移。
关于LVDT位移传感器设计，在以往主要利用磁路分析法和实验研究的方法，耗时长、成本高，要设计出适用于不同制冷机的LVDT位移传感器对设计者的设计经验有很高的要求。
随着计算机技术的发展，近年来基于有限元分析的CAE技术得到广泛的应用，并以其耗时短、计算准确的优点应用于LVDT位移传感器的研究与设计当中[3]。
差动变压器位移测量电路仿真设计
课程名：机电一体化学号：02307225 姓名：顾小温差动变压器位移测量电路仿真设计一、引言差动变压式传感器是将测量信号的变化转化成线性互感系数变化的传感器，其工作原理是利用电磁感应，将被测位移量的变化转换成变压器线圈的互感系数的变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量的转换。
变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则感应出电动势。
这种传感器结构简单，线性好，灵敏度高，测量范围大，受外界干扰影响小，使用寿命长，因而被广泛应用于工业生产各个领域。
本测量系统电路部分由音频振荡器、零点残余电压补偿、相敏检波、低通滤波、数字显示等组成，与差动变压式传感器及测微头一起构成了一个位移测量系统.二、总体方案2.1测量电路的工作原理正弦波震荡器通过稳压电源的供电产生幅值与频率都稳定的正弦信号U1。
将此信号接入差动变压器的初级绕组上，以此作为激励。
此时次级绕组上产生感应电动势U2。
铁心与测微头连在一起，侧微头移动，则铁心移动，以此引起互感系数变化，此时输出电压U2随之变化。
这时输出电压U2只能反映位移的大小并不能反映出位移的方向。
当经过相敏检波器检波后得到的电压U3，U3包含位移的完整变换规律，在经过低通滤波电路得到U0，这个电压即可以反映位移的大小也可以反映位移的方向。
2.2差动变压器正弦波震荡器通过稳压电源的供电产生幅值与频率都稳定的正弦信号U1。
将此信号接入差动变压器的初级绕组上，以此作为激励。
此时次级绕组上产生感应电动势U2。
铁心与测微头连在一起，侧微头移动，则铁心移动，以此引起互感系数变化，此时输出电压U2随之变化U2= KU1X其中K为与差动变压器有关的比例系数，X为位移变化。
2.3零点残余电压的补偿衔铁在差动变压器的几何中心位置时，如次级的 2个线圈的参数和磁路尺寸相等，则初级线圈和次级线圈互感相等。
此时，差动变压器的输出电压为零。
但实际制作时，次级2个线圈的电气参数和几何尺寸存在一定的差异，所以，当衔铁处于中问位置时，定有不平衡输出，即存在零点残余电压。
一种位移测量差动变压器传感器信号处理电路的设计
集成电路应用 第 36 卷 第 4 期（总第 307 期）2019 年 4 月 171 引言某差动变压器传感器用于测量位移，当所测位移在固定范围（本文拟定位移范围为 0～±20 mm）时，其输出的信号为正弦信号为 0～40 mV P-P （如图 1 所示），本文介绍将信号处理为与位移对应的0～±2 V 直流信号，并在三位半数显表头显示。
2 方案设计经过查阅大量相关资料[1-14]，对各部分电路的不同方案进行对比。
本文的设计方案如图 2 所示。
除此之外，本文还将对不同部分的电路的不同设计方案进行仿真与对比，不局限图 2 一种方案。
具体各部分电路的不同设计方案将具体介绍。
基金项目：湖北省武汉理工大学科技创新课题。
作者简介：刘子东，武汉理工大学机电工程学院，研究方向：测控技术与仪器。
赵艾青，山东省泰安技师学院电气系，副教授，研究方向：自动化控制。
收稿日期：2019-02-28，修回日期：2019-03-17。
摘要：介绍一种可将用于测量位移的差动变压器传感器的输出正弦信号稳定放大固定倍数，将信号处理为与位移对应的直流信号，并可在三位半数显表头显示。
分析了传感器信号处理电路所需的零点残余补偿电路、三运放高共模抑制比电路、精密整流型全波相敏检波电路、无线增益多路反馈型低通滤波电路、直流放大电路以及三位半数显电路的设计、仿真以及相关电子元器件的选型。
关键词：测控技术；位移传感器；相敏检波；低通滤波。
中图分类号：TN752；TN722 文章编号：1674-2583(2019)04-0017-04DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2019.04.006中文引用格式：刘子东，赵艾青.一种位移测量差动变压器传感器信号处理电路的设计[J].集成电路应用, 2019, 36(04): 17-20.一种位移测量差动变压器传感器信号处理电路的设计刘子东1，赵艾青2（1. 武汉理工大学机电工程学院，湖北 430070； 2. 山东省泰安技师学院，山东 271000）Abstract — This paper introduces a kind of differential transformer sensor which can stably amplify the output sinusoidal signal of displacement measurement by a fixed multiple. The signal is processed into a DC signal corresponding to the displacement and can be displayed on a three-half display head. The design and Simulation of zero residual compensation circuit, three operational amplifiers high common mode rejection ratio circuit, precision rectifier full-wave phase sensitive detection circuit, infinite gain multi-channel feedback low-pass filter circuit, DC amplifier circuit, three-half display circuit and the selection of related electronic components are analyzed.Index Terms — measurement and control technology, displacement sensor, phase sensitive detection, low-pass filtering.A Circuit for Displacement Measurement Differential Transformer Sensor in Signal ProcessingLIU Zidong 1, ZHAO Aiqing 2(1. School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Hubei 430070, China.2. Shandong Tai'an Technician Institute, Shandong 271000, China. )图 1 差动变压器传感器的原理图 2 处理流程18 集成电路应用 第 36 卷 第 4 期（总第 307 期）2019 年 4 月3 各模块电路的设计（1）RC正弦振荡电路。
实验二 差动变压器式电感传感器的静态位移性能
实验二差动变压器式电感传感器的静态位移性能一、实验目的掌握差动变压器式电感传感器测量系统的组成和工作原理。
二、所需单元和部件差动变压器式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、V/F表、测微器、双线示波器。
三、有关旋钮的初始位置检查所有处理电路单元的开关按钮在释放位(关状态)；差动放大器的增益旋钮置最大位(顺时针旋到底)；电压/频率(V/F)表量程旋钮置“20kHz/20V”档；转动测微器，使双平行梁处于(目测)水平位置附近。
四、注意事项1．音频振荡器的信号必须从“LV”输出端输出。
2．差动变压器的两个次级线圈必须接成差动形式。
3．为了便于观察，实验中需要调节示波器的灵敏度。
4．根据图30连接好测量电路后必须经指导老师确认，才可打开电源进行调整及测量工作，以免烧毁仪器元件。
5．实验完成后应释放所有处理电路单元的开关按钮(使其在关状态)，拆除并整理好所有连接线，注意拔线时最好稍带点顺时针旋转。
五、实验步骤1．根据图30的电路结构，将差动变压器式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器，移相器，低通滤波器，电压表连接起来，组成一个测量线路。
2．经指导老师检查线路连接无误后打开综合传感器电源。
V/F表置频率档测量音频振荡器“LV”输出频率，调节音频振荡器频率旋钮使其输出频率为4kHz左右；用示波器测量“LV”的输出电压，调节音频振荡器的Vpp旋钮，使“LV”输出电压的峰-峰值为2V左右。
3．按下差动放大器，相敏检波器，移相器及低通滤波器的开关按钮，V/F表置电压档。
4．仔细转动测微器，使低通滤波器的输出电压为最小。
若其输出电压不能调到零值，则需配调电桥平衡网络的电位器“W1”和“W2”，使其输出电压为零。
5．向下转动测微器，使电感中的磁棒往下位移2.0mm(测微器顺时针旋转4整圈)。
6．将示波器探头接至相敏检波器的输出端，调节移相器上的移相电位器，使相敏检波器输出波形每个半波的两个端点接近同一水平。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
R21
E21
R1
M1
U2
L21
U1
L1
R22
L22
M2 E22
系统建模、仿真与分析
表 1 模型的材料属性
Tab.1 Material properties of the model
差动变压器式位移传感器 LVDT 是利用电磁感 应原理来测量位移量袁实现闭环控制的主要装置[1]袁 提高 LVDT 位移传感器的灵敏度是改善高性能电液 比 例 伺 服 阀 设 计 的 关 键 环 节 之 一 [2]袁 本 文 选 择 初 级 线圈长度尧匝数袁次级线圈的长度尧匝数袁来研究对输 出电压的影响和对灵敏度的影响遥
序号 1 2 3 4 5 6 7
模型 铁芯 骨架 初级线圈 次级线圈 端盖 外壳 填充剂
材料 软磁材料 高强度塑料渊聚碳酸树酯冤 铜渊漆包线冤 铜渊漆包线冤
铸铁 不锈钢 聚硫橡胶
图 2 LVDT 等效电路 Fig 2 LVDT equivalent circuit
图中院U1尧U2 为初级线圈激励电压和次级线圈 感应差值电压曰E21尧E22 为次级线圈 1尧2 的感应电动 势曰L1尧L21尧L22 为初级尧两次级线圈电感曰R1尧R21尧R22 为初级尧两次级线圈的有效电阻曰M1尧M2 为初级与次 级线圈 1尧2 间的互感遥
向为电液数字控制技术尧计算机控制技术及应用尧液压系统的状态监测与故障诊断遥
90
粤怎贼燥皂葬贼蚤燥灶 驭 陨灶泽贼则怎皂藻灶贼葬贼蚤燥灶 圆园19,34穴5雪
圈的对称位置上袁使两边线圈的初始电压相等遥 当 铁芯因被测物体位移在线圈里移动时袁感应电压将 反应被测物体的位移量的大小和方向遥 1.2 LVDT 的工作原理
12
34
5
26 1 7
1 LVDT 的结构和工作原理
1.1 LVDT 的结构 LVDT 的结构如图 1 所示袁 铁芯平时处在两线
1.导磁端盖曰2.次级线圈曰3.骨架曰 4.初级线圈曰5.铁芯曰6.导磁外壳曰7.连杆
图 1 LVDT 的结构 Fig.1 Structure of the LVDT
收稿日期院2019-01-21曰修订日期院2019-03-27 作者简介院郑西洋渊1990要冤袁男袁硕士研究生袁研究方向为传感器曰许益民渊1962要冤袁男袁硕士袁教授袁硕士研究生导师袁研究方
2 LVDT 的建模仿真
2.1 建模仿真的参数设置 应用 Ansoft Maxwell 对 LVDT 进行仿真时袁步
骤如下院 步骤 1 LVDT 的等效建模遥在进行仿真求解过
程中袁若所建模型与实际形状高度相符袁则计算结 果会更加准确遥 但实际操作中袁受电脑计算能力的 限制袁在考虑计算效率的情况下袁对模型进行合理 的简化是必需的袁也是必要的[3]遥 考虑到 LVDT 为圆 柱体结构袁在不考虑结构误差和导磁不均匀的情况 下袁其内部磁场分布是均匀的袁故可采用 2D 模型代 替 3D 模型袁且对仿真分析结果不会有太大的影响遥
文章编号院员园园员鄄怨怨源源渊圆园19冤05鄄园园90鄄园5
Modeling and Simulation Analysis of a Linear Variable Differential Transformer Displacement Sensor
ZHENG Xi鄄yang袁XU Yi鄄min
渊College of Mechanical Automation袁Wuhan University of Science and Technology袁Wuhan 430081袁China冤 Abstract院Due to the popularity of industrial automation袁the status of sensors has become increasingly prominent. LVDT is one of the common components of hydraulic systems. Due to the limitations of traditional design and manu鄄 facturing袁it is impossible to design and manufacture high鄄sensitivity sensors in a short time. The appearance of elec鄄 tromagnetic simulation software Maxwell has solved this problem very well. This paper simulates the number of turns and lengths of the primary and secondary coils that affect the LVDT sensor. The simulation results provide a reference for the design and manufacture of LVDT袁and have a certain guiding role for the structural improvement of LVDT. Key words院linear variable differential transformer渊LVDT冤曰Maxwell曰sensitivity曰primary coil曰secondary coil曰simulation analysis
系统建模、仿真与分析
DOI院10.19557/ki.1001-9944.2019.05.022
一种差动变压器式位移传感器的建模仿真分析
郑西洋袁许益民
渊武汉科技大学 机械自动化学院袁武汉 430081冤
摘要院由于工业自动化的普及袁传感器的地位日益突出遥 LVDT是液压系统的常用部件之
一袁由于传统设计制造的局限性袁无法在短时间内设计制造出高灵敏Байду номын сангаас传感器遥 电磁仿真
软件Maxwell的出现很好地解决了这个问题袁该文对影响LVDT传感器的初尧次级线圈匝数
和长度进行了仿真分析遥 仿真结果对LVDT的设计制造提供了参考依据袁对LVDT的结构改
良具有一定的指导作用遥
关键词院LVDT曰Maxwell曰灵敏度曰初级线圈曰次级线圈曰仿真分析
中图分类号院TH16 文献标志码院A