基于AD534的新型LVDT信號調理器設計

【摘要】LVDT傳感器是一種位移傳感器。以其快速響應、高壽命、高分辨率、高精度等優點，在機械、電子、航空、汽車等領域獲得了極為廣泛的應用。本系統設計實現了兩個目標：1.對外接LVDT傳感器輸出的信號進行解調，獲得范圍為±10V的直流電壓輸出；2.由外部輸入一個范圍為±10V的直流電壓，本系統對此電壓就行調制，模擬出一個LVDT傳感器的正弦輸出。

【關鍵詞】LVDT傳感器；調制；解調；信號調理；AD534

一、引言

LVDT的工作原理簡單的說就是鐵芯可動變壓器，由初級線圈、次級線圈以及可動鐵芯等部位組成。它是一種線性傳感器。其鐵芯的位移經由線圈轉變成幅度可變的正弦波信號，正弦波信號的有效值正比于鐵芯的位移距離。

AD534是亞德諾半導體生產的一款可內部調整的集成電路型模擬乘法器，依外部配置電路的不同，它可實現乘法、平方差、開方等多種運算。

二、系統框圖和硬件設計

1.LVDT信號模擬器系統框圖

信號模擬器要完成的任務是將輸入的DC±10V轉換為同等有效值的正弦信號輸出，并且要能夠為外接的LVDT傳感器提供激勵信號。本系統使用了模擬乘法器AD534來解決信號模擬這一問題，圖1為LVDT信號模擬器系統框圖。

具體實現步驟如下：

1）首先使用單片機產生一個固定頻率的方波，本系統所使用的外接LVDT傳感器頻率為1800Hz，激勵信號為7VRMS。因此這里方波的頻率也是1800Hz。方波經過濾波器MAX7400濾波，產生同等頻率的正弦信號。

2）由濾波得到的正弦信號分為三路，其中一路經幅度變換調整為7VRMS，再經過平衡變換電路將單端信號轉為差分信號，最后得到AC+7VRMS的傳感器激勵信號。

3）由濾波器得到的正弦信號中的一路，其經幅度變換后與輸入的直流電壓源經AD534相乘。由此我們可得到與DC電壓源有效值相等的調制信號。假設輸入的DC電壓值為x，我們再用幅度變換得到幅度為的正弦波。

4）將濾波器的最后一路輸出調整幅度為5V，它與步驟3得到的正弦波分別作求和、差分，得到兩個輸出，分別為5+和5-，這兩個輸出即為最終的模擬信號輸出。它們同頻同相，差分結果就是有效值為x的正弦波。

2.LVDT信號解調器系統框圖

在解調器部分，LVDT傳感器可以使用由本系統的信號模擬系統產生的激勵源，也可以使用外接的激勵源。

解調器輸出的信號首先經過衰減，將信號幅度降低到LT1966可以接受的范圍，之后LT1966完成有效值變換。差分電路對之前的結果作差，最后經放大輸出同等有效值的直流電壓信號。圖2為LVDT信號解調器系統框圖。

三、硬件電路圖

1.正弦信號產生電路

MAX7400是MAXIM公司推出的一款8階開關電容橢圓低通濾波器。它在時鐘的作用下對單片機輸出的方波濾波得到正弦信號，再通過放大和阻抗變換輸入平衡變換電路DRV134。最終輸出IEXC1和IEXC2即為正弦激勵源。正弦信號產生電路如圖3所示。

2.信號模擬器電路

信號模擬器包括調制和運算兩個部分。

1）調制部分電路

六、結語

本系統經調試改進，通過了某研究所的驗收審核，現已交付使用。用戶反應設備狀態良好，模擬和解調精度高，在LVDT傳感器檢測中發揮了重大作用。

作者簡介：王敬輝（1979—），男，河北新樂人，講師，現供職于天津現代職業技術學院機電工程學院，研究方向：工業控制及自動化。