发布时间 : 星期六 文章电感式微位移传感器 - 图文更新完毕开始阅读7dec5062f111f18583d05aaf
图5 零点残余电压输出削顶波形
零点残压产生的根本原因主要有以下几方面:
(1) 两个次级线圈结构、几何尺寸、电气参数不对称, 以及初次级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等原因形成。所以, 即使铁芯处于中间位置时输出也不为0。导致两线圈的感应电势幅值不等, 相位不同。无论如何调整铁芯位置, 两线圈中的感应电势都抵消不了。
(2) 高次谐波由于磁性材料磁化曲线的非线性造成零点残余电压存在。磁路工作在磁化曲线的非线性段, 激励电流产生的磁通被削顶如图6所示, 这种削顶波主要是由基波和三次谐波组成, 因而次级线圈零位输出电压便产生三次谐波。另外, 激励电流波形失真, 内含高次谐波分量, 这也使零位输出电压中有高次谐波的成分。
图6 未调整前传感器输出电压波形 1.1.2消除办法
为了减少零残电压, 除了对传感器本身在设计和工艺上尽可能保证传感器几何尺寸、线圈电器参数和磁路对称、两次级线圈绕法一致, 铁芯加工精度要高, 磁性材料必须经适当处理, 消除内部残余应力使其磁性能均匀、稳定外, 还要选用导磁性能好的材料作保护外壳, 同时起到磁屏蔽的作用, 要求高时也可以用导电材料设置静电屏蔽层, 以减小外界电磁干
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扰。同时控制铁芯的最大工作磁感强度, 使其小于磁化曲线μmax处对应的Bm 值, 以便使磁路工作在磁化曲线的线性段, 减小高次谐波。这些可以靠选择合适的传感器来保证。
而在实际测试工作中, 保证传感器安装精度, 从而减小铁芯与线圈的摩擦和选用合适的测量电路补偿就成为消除零残的最好的办法。因而在实际使用时往往从传感器的安装精度和测量电路两方面来实现零残的补偿。
(1) 保证传感器的安装精度
如图3所示, 将差动变压器传感器安装在工作台连接桥板上。首先用手按压振动台, 保证差动变压器的铁芯没有卡死现象, 同时调节铁芯安装高度, 使铁芯与线圈之间无摩擦现象, 且大致在传感器中间位置。这时, 给传感器初级线圈加入交流电源, 频率为5kHz左右, 幅值为4V, 同时利用示波器观察差动变压器传感器的输出如图6所示。可看出输出波形不对称且上、下波峰高度不一致。此时反复调整升降台,使传感器输出波形近似对称, 如图7所示, 升降台的这个位置即为传感器最佳安装位置。
图7 调整后传感器输出电压波形
(2) 零残的外电路补偿法
从示波器观察到的零残波形图5可看出, 它一般由基波和高次谐波两部分组成。因而, 采用加入串、并联电阻, 电容的测量电路的补偿办法来消除零残电压, 如图8所示。在没接入补偿电路时, 在差动变压器安装的最佳位置, 如图7 所示, 零点残余电压Uo = 4215mV, 而接入补偿电路后仔细调节串、并联电阻RW1、RW2 , 会使Uo 幅值下降可达到Uo = 5mV,如图9所示, 波形近似为一条接近零点的直线。
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图9 接入补偿电路后输出电压波形
这时差动变压器输出的波形如图10 所示, 上、下波峰近似相等, 线。
图10 补偿后的传感器电压输出波形 1.2测量电路的影响
波形接近于理想的包络18
差动变压器测量振动信号, 不经过测量电路时,输出波形为如图10 所示的包络线。要想从中恢复初始振动信号, 必须采用相敏检波技术。如图4为所采用的相敏检波电路。检波即是将被测信号由电压调制的调幅波还原为信号原形, 而相敏检波能将信号的电压极性反映出来。
实验中, 将差动变压器输出信号接入, 用手按住振动平台(让传感器产生一恒定输出) , 利用示波器观察检波器输出。如图11 所示, 此时调节相敏检波器旋钮RW1、RW2和升降台高度, 观察相敏检波器输出, 示波器显示的波形为一个非常漂亮半波整流波形, 如图12所示。松手后, 整流波形消失, 变为一条接近零点的直线。
图11 相敏检波器输出
此时, 再给传感器初级线圈加入交流电源, 频率为5kHz左右, 幅值为4V, 器分别观察
图12 调节后相敏检波电路电压输出波形
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同时利用示波