電路功能與優勢

圖1所示電路是一款完整的無需調節線性可變差分變壓器 (LVDT)信號調理電路。該電路可精確測量線性位移(位 置)。

LVDT是高度可靠的傳感器，因為其磁芯能夠無摩擦滑 動，并且與管內部無接觸。因此，LVDT適合用于飛行控 制反饋系統、伺服系統中的位置反饋、機床中的自動測量 以及其他各種注重長期穩定性的工業和科研機電應用中。

本電路采用 AD698LVDT信號調理器，包含一個正弦波振蕩 器和一個功率放大器，用于產生驅動原邊LVDT的激勵信 號。 AD698還可將副邊輸出轉換為直流電壓。AD8615軌到 軌放大器緩沖 AD698的輸出，并驅動低功耗12位逐次逼近型 模數轉換器(ADC)。系統動態范圍為82 dB，帶寬為250 Hz， 非常適合精密工業位置和計量應用。

采用±15 V電源供電時，系統的信號調理電路功耗僅為15 mA; 采用+5 V電源供電時，功耗為3 mA。

本電路筆記討論LVDT基本操作理論和設計步驟，用于優 化圖1中帶寬給定的電路，包括噪聲分析和器件選型方面 的考慮。

圖1. 通用LVDT信號調理電路(原理示意圖：未顯示所有連接和去耦)

電路描述

工作原理

LVDT是絕對位移傳感器，可將線性位移或位置從機械參 考點(或零點)轉換為包含相位(方向)和幅度(距離)信息的比 例電信號。移動部件(探頭或磁芯桿組件)與變壓器之間無 需電氣接觸即可完成LVDT操作。它依賴電磁耦合。由于 這個原因，再加上它不采用內置電子電路即可工作， LVDT被廣泛用于某些環境下需要具備較長使用壽命和較 高可靠性的應用，如軍事和航空航天應用。

就本電路而言，采用Measurement Specialties?，Inc.的E-100 經濟型LVDT傳感器系列，與 AD698搭配使用。E系列在整 個范圍內的線性度為±0.5%，適合大多數應用在適中的工 作溫度環境下使用。

AD698是一款完整的LVDT信號調理子系統。它能夠以較 高精度和可重復性將LVDT傳感器機械位置轉換為單極性 直流電壓。所有電路功能均集成于片內。只要增加幾個外 部無源元件以設置頻率和增益， AD698就能將原始LVDT 副邊輸出轉換為一個比例直流信號。

AD698內置一個低失真正弦波振蕩器，用來驅動LVDT原邊。 正弦波頻率由單個電容決定，頻率范圍為20 Hz至20 kHz， 幅度范圍為2 V RMS至24 V RMS。

LVDT副邊輸出由兩個正弦波組成，用來直接驅動 AD698。 AD698通過同步解調幅度調制輸入(次級，A)和固 定輸入參考電壓(初級、次級求和或固定輸入，B)解碼 LVDT。之前解決方案的一個常見問題是驅動振蕩器幅度 的任何漂移都直接導致輸出的增益誤差。 AD698計算 LVDT輸出與其輸入激勵的比值，抵消任何漂移的影響， 從而消除了這些誤差。該器件與AD598 LVDT信號調理器不 同，它具有不同的電路傳遞函數，且無需LVDT次級端求 和(A + B)與沖程長度保持一致。

AD698的框圖見圖2。輸入由兩個獨立的同步解調通道組 成。B通道監控LVDT的驅動激勵。C2對全波整流輸出進行 過濾，然后將其發給運算電路。除外部提供比較器引腳 外，通道A性能完全相同。由于LVDT為空時A通道可能達 到0 V輸出，因此通常使用初級端電壓(B通道)觸發A通道的 解調器。此外，可能需要相位補償網絡，以便向A通道增 加相位超前或滯后，補償LVDT初級端到次級端的相移。 對于半橋電路而言，相移并不重要，且A通道電壓足以觸 發解調器。

圖2. AD698框圖

兩個通道都完成解調及濾波后，使用一個配備了占空比乘 法器的分壓電路計算A/B的比值。分壓器的輸出就是占空 比。若A/B等于1，則占空比為100%。(若需要脈沖寬度調 制輸出，可使用該信號)。占空比驅動電路，調制并過濾與 占空比成正比的基準電流。輸出放大器調節500 μA基準電 流，將其轉換為電壓。輸出傳遞函數為：