LVDT测量系统及其信号调理电路的设计实现

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差动变压器式位移传感器(Linear Variable Differential Transformer,简称LVDT)凭借其简单可靠的结构、较长的使用寿命、较高的准确性与灵敏度、强大的环境适应能力等诸多优点,在各领域得到了广泛应用。但国内对于LVDT的理论研究较少,尤其是在其信号调理方面。LVDT位移传感器的使用上主要存在两个问题:LVDT配套的调理电路昂贵难以普及;调理电路所需的芯片技术被“卡脖子”问题所困扰。使我国在这一方面受制于人。针对上述问题,本文设计了一套基于LVDT精密位移传感器的调理电路与测量系统,并对各个模块的电路工作原理进行了详细的分析讨论与仿真实验。该调理电路多采用低成本芯片,可完成激励信号的发生、接收信号的放大、滤波等功能。可以在信噪比很低的情况下较为完整的提取出载波信号。硬件集成电路的设计和制造主要包含了两个部分:激励信号发生电路和接收信号处理电路。其中激励信号发生电路能够形成幅度范围可调的正弦波信号,且发生信号的频率易于调节;信号调理集成电路主要包括三部分:前段的高增益仪表放大电路、中段部分的双放大器带通滤波电路,和末端的可控增益放大电路。通过对带通滤波器中单个电阻的修改即可实现通频带带宽的调节而不影响带通滤波器的中心频率;通过对电路中电位计的调节,可以对微弱信号实现高倍率的放大,仿真实验表明了该信号调理电路的实用性。最后对所设计的电路进行PCB的设计与实物的制作。以国产GD32F303为处理器,专门针对LVDT传感器的非线性问题,从最小二乘法的基本原理入手运用Matlab软件系统对曲线进行拟合,将系统的非线性度从原来的3.56%降低为0.96%。并最终用LCD显示屏显示测量结果。同时由于该信号调理电路系统易于调节,也可应用于其他有相似需求的微弱信号处理中。
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