Линейно регулируемые дифференциальные трансформаторы (linear variable differential transformers, LVDT) – это электромеханические измерительные устройства, преобразующие положение магнитного сердечника в электрические сигналы. Эти сигналы вырабатываются за счет напряжения возбуждения на первичной обмотке трансформатора. Результирующие сигналы на вторичной стороне (обычно это две вторичные обмотки) зависят от положения сердечника (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | LVDT – это электромеханическое измерительное устройство, преобразующее положение магнитного сердечника в электрические сигналы. |
В зависимости от типа используемого LVDT напряжение возбуждения обычно имеет амплитуду от 1 до 10 В и частоту от 1 до 10 кГц. Традиционно, чтобы обеспечить изменение частоты и амплитуды в одной схеме, можно использовать либо LC колебательный контур с регулируемыми компонентами, либо генератор синусоидальных сигналов, управляемый микроконтроллером. Достичь высокой точности и стабильности по времени и температуре с помощью схемы LC-контура может быть трудно из-за разброса и изменения параметров пассивных компонентов. Необходимо также выполнять ручную калибровку. С помощью микросхемы генератора синусоидальных колебаний, управляемой микроконтроллером, можно легче добиться временнóй и температурной стабильности, а калибровка может выполняться автоматически, но этот метод требует бóльших затрат, чем схема с LC-контуром. Схема на Рисунке 2 представляет собой альтернативу.
 |
|
| Рисунок 2. | Для возбуждения LVDT в этой схеме используются треугольные импульсы, получаемые с помощью ЦАП. |
Для возбуждения LVDT вместо синусоидального напряжения используются треугольные импульсы, получающиеся в результате интегрирования выходных прямоугольных импульсов микроконтроллера, формируемых с помощью его таймера. Используя ЦАП с токовым выходом, например AD7564, можно создать альтернативную схему, более дешевую, чем генератор гармонических колебаний, и легче модифицируемую, чем схема с колебательным контуром. Частота сигнала возбуждения зависит только от конфигурации таймера микроконтроллера. Например, можно сконфигурировать таймер так, чтобы переключение выхода происходило по совпадению его содержимого с предустановленным значением. Таймер конфигурируется в соответствии с тактовой частотой микроконтроллера и желаемой выходной частотой. Затем из выходного сигнала таймера микроконтроллера нужно удалить постоянное смещение. Это надо сделать как можно точнее, поскольку это смещение отрицательно влияет на процесс преобразования. В данном случае, поскольку смещение постоянно и составляет половину напряжения, питающего микроконтроллер, для этого можно использовать операционный усилитель. В общем случае операционный усилитель следует выбирать с малыми значениями напряжений и токов смещения, не только для разностного каскада, но и для последующих.
После того, как сигнал симметрируется относительно общего провода, он становится треугольным. Используемый интегратор, по сути, представляет собой однополюсный фильтр нижних частот с настраиваемой (посредством ЦАП) частотой излома. Выбранная частота излома гарантирует, что произойдет интегрирование сигнала возбуждения. Простой интерфейс ЦАП обеспечивает возможность изменения частоты и амплитуды. Два канала микросхемы AD7564 позволяют имитировать переменные резисторы для прямой и обратной связи интегрирующего операционного усилителя. Эти «резисторы» можно использовать для формирования частоты среза интегратора и для задания коэффициента усиления схемы, гарантирующего, что сигнал интегрируется и что амплитуда сигнала возбуждения соответствует параметрам LVDT.
Для определения конфигурации ЦАП и значений сопротивлений необходимо заранее сделать несколько расчетов. Согласно техническому описанию, типовое значение сопротивлений резисторов лестничной цепочки ЦАП AD7564 составляет 9.5 кОм.
Сопротивление обратной связи можно рассчитать по следующей формуле:
где fD – желаемая частота среза интегратора, а C – емкость используемого конденсатора. Затем можно соответствующим образом определить слово данных для этого эффективного сопротивления:
где NFB – цифровое слово, загруженное в ЦАП. Тогда сопротивление прямой связи схемы интегратора равно
где коэффициент усиления G зависит от желаемой амплитуды выходного сигнала. Слово данных для этого эффективного сопротивления становится
или
В большинстве случаев для управления первичной катушкой LVDT выходного тока интегратора будет недостаточно, и его потребуется усилить. Это повлечет за собой добавление транзисторов и других компонентов.
 |
|
| Рисунок 3. | Хотя форма сигналов на вторичной стороне отличается от сигнала возбуждения, это не имеет значения из-за присущих LVDT фильтрующих свойств. |
В выборе используемого в схеме типа сигнала возбуждения есть некоторая гибкость, поскольку обычной практикой является калибровка LVDT. На Рисунке 3 показаны сигналы на выходе схемы возбуждения и на вторичных обмотках LVDT. Хотя форма сигналов на вторичной стороне отличается от сигнала возбуждения, это не имеет значения из-за присущих LVDT фильтрующих свойств. Выходной сигнал каждой вторичной стороны обычно преобразуется в постоянное значение среднеквадратического или абсолютного среднего отклонения. Затем происходит сравнение этих значений. Если обе катушки возбуждаются одинаковым образом (а это гарантировано, поскольку первичная катушка только одна), и выходной сигнал имеет достаточное разрешение, такой LVDT можно возбуждать треугольными сигналами.
Купить AD712 на РадиоЛоцман.Цены
