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【摘 要】本文提出了电位器式位移传感器负载特性非线性方面的问题，尝试通过集成运放以及应用正电压可调集成三端稳压器的方式，实现对电位器式位移传感器的自动补偿，同时还该补偿思路还能够使传感器负载能力得到合理的提升，综合价值显著。
【关键词】电位器式位移传感器 自动补偿 负载特性 思路
电位器式位移传感器以分压器（主要由线性电位器所构成）为核心，在作用于实际工况的过程当中，具有使用便捷、成本低廉、以及结构简单等多个方面的优势。当前，电位器式位移传感器被广泛应用测孔、仪表、仪器等相关领域中位移以及位移相关指标的测量工作当中。结合已累积的实践工作经验来看，在应用该位移传感器进行位移测量的过程当中，需要确保传感器负载特性处于线性状态，或者是非线性状态下较小，以此种方式达到提高位移测量精确性，减少位移误差的目的。从这一角度上来说，为了能够达到维持传感器负载特性处于线性状态的目的，最关键的问题在于确保电位器式位移传感器在正常运行状态下，其负载电阻器对应电阻与电位器对应电阻取值之比为无穷大。为满足这一要求，可尝试通过集成运放以及应用正电压可调集成三端稳压器的方式，实现对位移传感器的自动补偿，以达到良好的实用效果。本文即针对该问题展开详细分析，探讨电位器式位移传感器负载特性的自动补偿思路，具体总结如下：
一、电位器式位移传感器负载特性分析
在电位器式位移传感器当中，其正常运行状态下所对应的传感电路如下图所示（见图1）。结合图1来看，假定电位器电刷最大移动长度所对应的电阻值取值为R，电刷实际移动长度所对应的电阻值取值为r，且V作为输入电压取值，v作为输出电压取值。则可以建立起该传感器对应的负载特性关系式，如下：
根据电阻相对变化的既有特性以及负载系数的倒数关系，可以获取该传感器负载特性关系式下（假定为Y），转换为相对输入电压后的取值算式，如下：
Y=电刷相对行程/（1+电刷相对行程/负载系数倒数-电刷相对系数?/负载系数倒数）；
故而可认为：对于一般状态下电位器式位移传感器而言，其在正常运行工况下所产生的负载特性具有非线性特征表现。且非线性的程度与负载系数倒数取值有相关性关系。只有在负载系数倒数取值倾向无无穷大的情况下，才能够确保相对输入电压取值倾向于电刷相对行程，满足该取值要求的条件下可确保输入电压与电刷实际移动长度呈正相关关系。
二、自动补偿思路分析
结合对电位器式位移传感器负载特性的分析，构建自动补偿的基本思路，所形成的负载特性自动补偿电路示意图如下图所示（见图2）。图2当中，引入单电源通用集成运放模块以及正电压可调集成三端稳压器。自动补偿电路连接过程当中，单电源通用集成运放模块直接与电压跟随器连接，在电路运行期间，电压跟随器所对应的输入电阻取值在400.0MΩ单位以上，输入电阻取值在1.0Ω以内。图中Ri取值等同于位移传感器中的负载电阻，由于其能够确保条件“负载系数倒数倾向于无穷大”满足，故而认为能够从根本意义上消除位移传感器负载特性中所存在的非线性问题。
结合单电源通用集成运放模块的内部工作原理来看，稳压电路所输出电压的取值会受到单电源通用集成运放模块基准电压取值、电压跟随器输出电压取值、单电源通用集成运放模块调整端流出电流取值等多个方面因素的影响，具体的计算方式如下式所示：
稳压电路输入电压取值=单电源通用集成运放模块基准电压（取恒定值为1.25V）+电压跟随器对应输出电压取值；（单电源通用集成运放模块调整端流出电流取值对输入电压的影响可忽略）
从这一角度上来说，对于单电源通用集成运放模块而言，稳压电路输入电压的取值与传感器输入电压取值之间具有线性相关的关系。
换句话来说，电位器式位移传感器的输入电压可以转换为稳压电路的输出电压。在该补偿电路当中，电位器式位移传感器受到负载电阻取值变化影响而发生的输入电压改变可以直接由稳压电路所具备的稳压功能予以自动补偿。由于在电路中所引入的单电源通用集成运放模块具有稳压优势，故意味着允许负载电阻值的实际取值较小，能够在消除电位器式位移传感器负载特性非线性问题的基础之上，合理提高传感器的负载能力水平。
除此以外，在该补偿电路当中，稳压电路输入端以及输出端分别设置有电容器C以及C0，故能够在自动补偿电路运行期间，实现对电压跟随器所输出电压中存在干扰因素以及纹波因素的合理控制、消除。并且，在结合实际工况选择正电压可调集成三端稳压器的过程当中，为了能够使电路自动补偿的性能得到进一步提升，可尽量选择输出电流较大的稳压器，避免负载回路发生振荡的问题。
三、结束语
本次研究中为了解决电位器式位移传感器在常规运行状态下容易出现的非线性负载问题，引入了单电源通用集成运放模块以及正电压可调集成三端稳压器，在两者支持下构建了自动补偿的电路关系。后期运行经验显示，该自动补偿思路在作用于实践后，除具有良好的补偿功效以外，且电路整体结构简单，成本低廉，实用性强，可在具体工况中进一步推广，以达到提高电位器式位移传感器位移测量准确性，降低位移误差的目的。
参考文献：
[1]王义平，饶云江，冉曾令等.高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究[J].物理学报，2003，52（6）：1432-1437.
[2]CHENG Chin-hsing，CHANG Min-chih，LIU Wen-fung等.基于光纤布拉格光栅和压电转换器的电功率传感器[J].光学精密工程，2011，19（9）：2255-2262.
[3]奚小网，陆荣，高波等.用于多电机同步控制的角位移传感器设计[J].制造业自动化，2011，33（15）：45-48.
【关键词】电位器式位移传感器 自动补偿 负载特性 思路
电位器式位移传感器以分压器（主要由线性电位器所构成）为核心，在作用于实际工况的过程当中，具有使用便捷、成本低廉、以及结构简单等多个方面的优势。当前，电位器式位移传感器被广泛应用测孔、仪表、仪器等相关领域中位移以及位移相关指标的测量工作当中。结合已累积的实践工作经验来看，在应用该位移传感器进行位移测量的过程当中，需要确保传感器负载特性处于线性状态，或者是非线性状态下较小，以此种方式达到提高位移测量精确性，减少位移误差的目的。从这一角度上来说，为了能够达到维持传感器负载特性处于线性状态的目的，最关键的问题在于确保电位器式位移传感器在正常运行状态下，其负载电阻器对应电阻与电位器对应电阻取值之比为无穷大。为满足这一要求，可尝试通过集成运放以及应用正电压可调集成三端稳压器的方式，实现对位移传感器的自动补偿，以达到良好的实用效果。本文即针对该问题展开详细分析，探讨电位器式位移传感器负载特性的自动补偿思路，具体总结如下：
一、电位器式位移传感器负载特性分析
在电位器式位移传感器当中，其正常运行状态下所对应的传感电路如下图所示（见图1）。结合图1来看，假定电位器电刷最大移动长度所对应的电阻值取值为R，电刷实际移动长度所对应的电阻值取值为r，且V作为输入电压取值，v作为输出电压取值。则可以建立起该传感器对应的负载特性关系式，如下：
根据电阻相对变化的既有特性以及负载系数的倒数关系，可以获取该传感器负载特性关系式下（假定为Y），转换为相对输入电压后的取值算式，如下：
Y=电刷相对行程/（1+电刷相对行程/负载系数倒数-电刷相对系数?/负载系数倒数）；
故而可认为：对于一般状态下电位器式位移传感器而言，其在正常运行工况下所产生的负载特性具有非线性特征表现。且非线性的程度与负载系数倒数取值有相关性关系。只有在负载系数倒数取值倾向无无穷大的情况下，才能够确保相对输入电压取值倾向于电刷相对行程，满足该取值要求的条件下可确保输入电压与电刷实际移动长度呈正相关关系。
二、自动补偿思路分析
结合对电位器式位移传感器负载特性的分析，构建自动补偿的基本思路，所形成的负载特性自动补偿电路示意图如下图所示（见图2）。图2当中，引入单电源通用集成运放模块以及正电压可调集成三端稳压器。自动补偿电路连接过程当中，单电源通用集成运放模块直接与电压跟随器连接，在电路运行期间，电压跟随器所对应的输入电阻取值在400.0MΩ单位以上，输入电阻取值在1.0Ω以内。图中Ri取值等同于位移传感器中的负载电阻，由于其能够确保条件“负载系数倒数倾向于无穷大”满足，故而认为能够从根本意义上消除位移传感器负载特性中所存在的非线性问题。
结合单电源通用集成运放模块的内部工作原理来看，稳压电路所输出电压的取值会受到单电源通用集成运放模块基准电压取值、电压跟随器输出电压取值、单电源通用集成运放模块调整端流出电流取值等多个方面因素的影响，具体的计算方式如下式所示：
稳压电路输入电压取值=单电源通用集成运放模块基准电压（取恒定值为1.25V）+电压跟随器对应输出电压取值；（单电源通用集成运放模块调整端流出电流取值对输入电压的影响可忽略）
从这一角度上来说，对于单电源通用集成运放模块而言，稳压电路输入电压的取值与传感器输入电压取值之间具有线性相关的关系。
换句话来说，电位器式位移传感器的输入电压可以转换为稳压电路的输出电压。在该补偿电路当中，电位器式位移传感器受到负载电阻取值变化影响而发生的输入电压改变可以直接由稳压电路所具备的稳压功能予以自动补偿。由于在电路中所引入的单电源通用集成运放模块具有稳压优势，故意味着允许负载电阻值的实际取值较小，能够在消除电位器式位移传感器负载特性非线性问题的基础之上，合理提高传感器的负载能力水平。
除此以外，在该补偿电路当中，稳压电路输入端以及输出端分别设置有电容器C以及C0，故能够在自动补偿电路运行期间，实现对电压跟随器所输出电压中存在干扰因素以及纹波因素的合理控制、消除。并且，在结合实际工况选择正电压可调集成三端稳压器的过程当中，为了能够使电路自动补偿的性能得到进一步提升，可尽量选择输出电流较大的稳压器，避免负载回路发生振荡的问题。
三、结束语
本次研究中为了解决电位器式位移传感器在常规运行状态下容易出现的非线性负载问题，引入了单电源通用集成运放模块以及正电压可调集成三端稳压器，在两者支持下构建了自动补偿的电路关系。后期运行经验显示，该自动补偿思路在作用于实践后，除具有良好的补偿功效以外，且电路整体结构简单，成本低廉，实用性强，可在具体工况中进一步推广，以达到提高电位器式位移传感器位移测量准确性，降低位移误差的目的。
参考文献：
[1]王义平，饶云江，冉曾令等.高频CO2激光脉冲写入的长周期光纤光栅传感器的特性研究[J].物理学报，2003，52（6）：1432-1437.
[2]CHENG Chin-hsing，CHANG Min-chih，LIU Wen-fung等.基于光纤布拉格光栅和压电转换器的电功率传感器[J].光学精密工程，2011，19（9）：2255-2262.
[3]奚小网，陆荣，高波等.用于多电机同步控制的角位移传感器设计[J].制造业自动化，2011，33（15）：45-48.