1.一种LVDT位移传感器数字化处理电路,包括LVDT位移传感器方波激励源产生电路、传感器输出信号差分放大电路、峰值捕捉采样电路、微处理器控制显示电路和隔离通讯接口电路,其特征在于:
A、采用方波作为激励源,与普遍采用单一频率正弦波信号作为LVDT激励信号不同,根据傅里叶变换,方波可看成是多种频率的正弦波叠加,且正弦波幅值随频率增大而减小,而LVDT位移传感器有较宽的频率范围和感性效应,相当于一个低通滤波器,方波激励响应是经LVDT位移传感器滤波后,由占多种频率的正弦波叠加的结果,根据LVDT传感器磁芯材质,方波频率范围为12-24KHz比较合适;
B、传感器输出的响应信号用差分放大电路放大,采用差分放大减少共模干扰;
C、经放大处理后的信号进入差分数模转换芯片,该采样电路由微处理器控制启动采样时刻和采样次数,根据激励源相位和输出信号相位差得到位移的方向,根据采样次数和滤波计算得到位移量;
D、微处理器电路作为核心计算单元,一方面控制方波激励源的产生,得到激励源的相位;另一方面控制采样电路,输出采样脉冲P,捕捉输出信号的峰值;在此期间还需进行数值计算处理、显示和上位机通讯;
E、微处理器处理完数据后得到的是带方向的位移量,该位移量通过隔离串口电路上传到上位机,采用隔离接口电路可避免上位机和本发明电路相互干扰,增强系统稳定性。
2.根据权利要求1所述A中,其特征在于:方波信号可由微处理器产生,经驱动能力强的运放后接入到LVDT传感器输入端,该方波信号频率不能太高,也不能太低,频率过高,导致传感器响应不及时,输出信号峰值的延续时间过短,不便于捕捉;频率过低,容易导致峰值衰减明显,波形三角化,传感器经受峰值直流电压时间过长易发热损坏,频率通常情况在12-24KHz之间比较合适。
3.根据权利要求1所述B中,传感器输出信号放大电路采用差分方式进行放大,提高抗共模干扰能力;且根据位移测量范围进行放大倍数调整,使输出信号幅度匹配数模转换芯片最大量程,提高分辨率。
4.根据权利要求1所述C中峰值捕捉处理方法,只需以激励源相位为基准,延迟(N/16)*T和(N/16+1/2)*T采样即可,其中T表示激励源的周期,N表示0到15中的某一个数,其得到步骤如下:
C1、微处理器以激励源相位为基准,T/16为时间间隔采样16次,其中有8次采样值大小一致,另8次采样值大小一致,但方向相反;
C2、从两个方向分界线开始,从0数到第3个与激励源同相采样点,记下该采样点的序号为N;
C3、为增加采样数量,在(N/16+1/2)*T也进行采样,需要记住,此时采样结果的方向与(N/16)*T采样结果方向相反,需要改正方向;
C4、存储N到EEPROM存储器中,以后每次使用只需从EEPROM存储器读取即可。
5.根据权利要求4所述;在获得N以后,以后每次捕捉峰值,微处理器只需以激励源为基准,延迟(N/16)*T和(N/16+1/2)*T时间启动采样脉冲P即可捕获峰峰值,经过换算处理即可得到含方向的位移量,同时多次采样结果可用于滤波算法,提高采样精度。
6.与上位机接口采用ADM3251E磁耦合隔离电路,有助于提高抗干扰能力。
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