差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次相連的電源電路、振動(dòng)激勵(lì)源、整流電路、差動(dòng)放大電路、差動(dòng)減法電路、電壓變換電路及電流變換電路，所述振動(dòng)激勵(lì)源包括通過(guò)三極管Q5相互連接的非門(mén)集成電路與初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈SC1、次級(jí)線(xiàn)圈SC2；所述整流電路包括與次級(jí)線(xiàn)圈SC1相連的第一電橋、與次級(jí)線(xiàn)圈SC2相連的第二電橋、濾波電路，第一電橋與第二電橋均由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管及兩個(gè)MOS管組成；所述差動(dòng)放大電路與差動(dòng)減法電路相互串聯(lián)，并通過(guò)J1與電壓變換電路相連，通過(guò)J2與電流變換電路相連。本實(shí)用新型可同時(shí)或選擇其一輸出電壓變送信號(hào)和電流變送信號(hào)，并有效保證電壓變送信號(hào)與電流變送信號(hào)的穩(wěn)定性與線(xiàn)性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及差動(dòng)變壓器領(lǐng)域，特別是涉及一種差動(dòng)變壓器的信號(hào)調(diào)理電路。

【背景技術(shù)】
[0002]差動(dòng)變壓器是一種將機(jī)械位移變換成電信號(hào)的電磁感應(yīng)式位移傳感器，差動(dòng)變壓器又稱(chēng)為 LVDT (Linear Variable Differential Transformer),由于其測(cè)量分辨率高(最高可達(dá)0.0lum)，非線(xiàn)性誤差小、線(xiàn)性范圍大穩(wěn)定性好及簡(jiǎn)單易用等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于直線(xiàn)位移及相關(guān)非電物理量的測(cè)量。
[0003]差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路性能的好壞直接影響差動(dòng)變壓器傳感器的質(zhì)量，差動(dòng)變壓器的信號(hào)調(diào)理過(guò)程實(shí)際上是信號(hào)的調(diào)制解調(diào)過(guò)程。LVDT的初級(jí)線(xiàn)圈由較高頻的交流或脈動(dòng)直流信號(hào)驅(qū)動(dòng)，當(dāng)LVDT的移動(dòng)銜鐵移動(dòng)時(shí)，在LVDT的兩個(gè)次級(jí)產(chǎn)生調(diào)幅波，為獲取移動(dòng)銜鐵的位移大小和方向，需要對(duì)LVDT次級(jí)的調(diào)幅波進(jìn)行解調(diào)。目前針對(duì)LVDT的解調(diào)主要方法有:一是由分立器件搭建相敏檢波電路或差動(dòng)整流電路；二是采用專(zhuān)用的集成電路如ADI的AD698等為L(zhǎng)VDT提供交流激勵(lì)信號(hào)和檢波、放大等功能。對(duì)于采用專(zhuān)用的集成電路而言，雖然其性能較穩(wěn)定，但由于專(zhuān)用集成解調(diào)芯片價(jià)格昂貴，使得LVDT的生產(chǎn)成本很高。采用分立器件搭建檢波電路是目前較為常用的方法，其中，相敏檢波電路由于其電路較為復(fù)雜，在一定程度上制約了其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，差動(dòng)整流檢波電路由于其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且不考慮LVDT零點(diǎn)殘余電壓的影響等特點(diǎn)，在實(shí)際的工業(yè)用LVDT中得到非常廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的差動(dòng)整流電路實(shí)際上是分別對(duì)LVDT的兩個(gè)二次側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)分別進(jìn)行整流，然后再將兩個(gè)整流后的電流或電壓信號(hào)串接成通路合成輸出。對(duì)二次側(cè)的整流一般采用開(kāi)關(guān)二極管組成全波整流橋堆實(shí)現(xiàn)，每個(gè)整流橋堆由四個(gè)開(kāi)關(guān)二極管組成。由于二極管的非線(xiàn)性特性和各個(gè)二極管性能差異及溫度穩(wěn)定性等問(wèn)題，尤其當(dāng)次級(jí)調(diào)幅波信號(hào)較小時(shí)，由純粹的開(kāi)關(guān)二極管或橋堆解調(diào)得到的信號(hào)穩(wěn)定性、線(xiàn)性不是很理想。另外，目前常規(guī)的差動(dòng)變壓器經(jīng)調(diào)理后的輸出信號(hào)為單一的電流或者電壓變送信號(hào)，需要將解調(diào)后的較小的電壓變送信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的電流變送信號(hào)輸出，但是有些工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合下，有可能兩種變送信號(hào)都需要使用，這也在一定程度上影響了常規(guī)的LVDT傳感器的使用靈活性。
[0004]因此亟需提供一種新型的差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路來(lái)解決上述問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，能夠同時(shí)輸出穩(wěn)定性與線(xiàn)性好的電壓變送信號(hào)和電流變送信號(hào)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次相連的電源電路、振動(dòng)激勵(lì)源、整流電路、差動(dòng)放大電路、差動(dòng)減法電路、電壓變換電路及電流變換電路，所述振動(dòng)激勵(lì)源包括非門(mén)集成電路、三極管Q5、初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈SC1、次級(jí)線(xiàn)圈SC2，非門(mén)集成電路的輸出信號(hào)端連接三極管Q5，三極管Q5的集電極連接初級(jí)線(xiàn)圈；所述整流電路包括第一電橋、第二電橋、濾波電路，第一電橋與第二電橋均由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管及兩個(gè)MOS管組成，第一電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SCl相連，第二電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SC2相連；所述差動(dòng)放大電路包括運(yùn)算放大器U4A、U4D，所述差動(dòng)減法電路包括運(yùn)算放大器U4B，U4A及U4D的輸出端分別與U4B的同相輸入端、反相輸入端相連；所述電壓變換電路包括短路塊J1、電阻Rl1、運(yùn)算放大器U6B、U6A，Jl的輸入端與U6B的同相輸入端通過(guò)Rll相連，U6B的輸出端與U6A的反相輸入端相連；運(yùn)算放大器U4B的輸出端與Jl的輸出端相連接；所述電流變換電路包括電路塊J2、電阻R5、R6、R21、R22、運(yùn)算放大器U4C，電阻R5、R6并聯(lián)與U4C的反相輸入端相連接，電阻R21、R22與U4C的同相輸入端相連接。
[0007]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述非門(mén)集成電路的Xl端連接有電阻R13，Y1、X2端連接有電阻R14，Y2、X3連接有電容C18，所述電阻R13、電阻R14與電容C18組成多諧振蕩器。該多諧振動(dòng)器作為所述差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路的振動(dòng)激勵(lì)源。
[0008]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述濾波電路包括一階低通濾波電路、電容C12、C20，所述一階低通濾波電路包括相互并聯(lián)的電阻R8、電容C13及相互并聯(lián)的電阻R18、電容C19。所述濾波電路對(duì)所述整流電路輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理。
[0009]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述差動(dòng)減法電路還包括電阻R3、R4、R19、R20，電阻R3、R4并聯(lián)與運(yùn)算放大器U4B的同相輸入端相連接，電阻R19、R20并聯(lián)與運(yùn)算放大器U4B的反相輸入端相連接。
[0010]在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電壓變換電路中運(yùn)算放大器U6A的輸出端為差動(dòng)變壓器的電壓變送信號(hào)輸出端，所述電流變換電路中運(yùn)算放大器U4C的輸出端為差動(dòng)變壓器的電流變送信號(hào)輸出端。因此，本實(shí)用新型可同時(shí)輸出電壓變送信號(hào)和電流變送信號(hào)，也可單獨(dú)輸出其中一種變送信號(hào)。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型可同時(shí)輸出電壓變送信號(hào)和電流變送信號(hào)，也可根據(jù)實(shí)際使用要求，選擇輸出其中一種變送信號(hào)，提高了差動(dòng)變壓器的使用靈活性，并且，能夠有效保證電壓變送信號(hào)與電流變送信號(hào)的穩(wěn)定性與線(xiàn)性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路中電源電路的電路。
[0013]圖2是所述振動(dòng)激勵(lì)源及整流電路的電路圖。
[0014]圖3是所述差動(dòng)放大電路、差動(dòng)減法電路、電壓變換電路及電流變換電路的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本實(shí)用新型的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0016]一種差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，包括依次相連的電源電路、振動(dòng)激勵(lì)源、整流電路、差動(dòng)放大電路、差動(dòng)減法電路、電壓變換電路及電流變換電路，所述振動(dòng)激勵(lì)源包括非門(mén)集成電路、三極管Q5、初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈SC1、次級(jí)線(xiàn)圈SC2，非門(mén)集成電路的輸出信號(hào)端連接三極管Q5，三極管Q5的集電極連接初級(jí)線(xiàn)圈；所述整流電路包括第一電橋、第二電橋、濾波電路，第一電橋與第二電橋均由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管及兩個(gè)MOS管組成，第一電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SCl相連，第二電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SC2相連；所述差動(dòng)放大電路包括運(yùn)算放大器U4A、U4D,所述差動(dòng)減法電路包括運(yùn)算放大器U4B，U4A及U4D的輸出端分別與U4B的同相輸入端、反相輸入端相連；所述電壓變換電路包括短路塊J1、電阻R11、運(yùn)算放大器U6B、U6A，Jl的輸入端與U6B的同相輸入端通過(guò)Rl I相連,U6B的輸出端與U6A的反相輸入端相連；運(yùn)算放大器U4B的輸出端與Jl的輸出端相連接；所述電流變換電路包括短路塊J2、電阻R5、R6、R21、R22、運(yùn)算放大器U4C，電阻R5、R6并聯(lián)與U4C的反相輸入端相連接，電阻R21、R22與U4C的同相輸入端相連接。
[0017]下面具體介紹所述差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路中各部分電路的電路結(jié)構(gòu):
[0018]請(qǐng)參閱圖1，差動(dòng)變壓器的供電電源為直流24V，實(shí)際使用時(shí)可以為15V — 36V的直流電源輸入范圍。由U2 (LM317KC)產(chǎn)生約12V的直流電源為運(yùn)算放大器提供正電源，由U3 (ICL7662)產(chǎn)生-12V電源為運(yùn)算放大器提供負(fù)電源，Ul (LM7806)產(chǎn)生6V的直流電源為差動(dòng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈及非門(mén)集成電路U5供電。Dl為防反二極管，除了 E3外的有極性電容El、E2、E4用于低頻濾波，無(wú)極性的電容用于高頻濾波。電解電容E3可以保證U3正常工作。
[0019]請(qǐng)參閱圖2，圖中的U5為6輸入6輸出的非門(mén)集成電路，其中R13、R14及C18組成多諧振蕩器，其振蕩頻率約為3KHz，為了提高振蕩頻率的穩(wěn)定性，R14采用精密低溫漂的金屬膜電阻，C18為精密低溫漂的CBB金屬膜電容。PRIl為差動(dòng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈，SCl和SC2分別為差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈。多諧振蕩器的輸出信號(hào)FPLS驅(qū)動(dòng)三極管Q5，為差動(dòng)變壓器初級(jí)線(xiàn)圈提供頻率約3KHz的振蕩激勵(lì)信號(hào)。D5為續(xù)流二極管，可防止差動(dòng)變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈在通斷瞬間產(chǎn)生較大的尖脈沖信號(hào)。差動(dòng)變壓器的兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈SCl和SC2在初級(jí)線(xiàn)圈PRIl的激勵(lì)下耦合出脈動(dòng)的交變信號(hào)，兩者的交變信號(hào)的大小隨著差動(dòng)變壓器的移動(dòng)鐵芯位置的變化而變化。
[0020]由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管D3、D4及兩個(gè)MOS管Q1、Q2組成第一電橋?qū)Σ顒?dòng)變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈SCl進(jìn)行整流，由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管D6、D7及兩個(gè)MOS管Q3、Q4組成第二電橋?qū)Σ顒?dòng)變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈SC2進(jìn)行整流。MOS管Ql及Q2的通斷控制由多諧振蕩器的輸出信號(hào)FPLS經(jīng)過(guò)U5非門(mén)集成電路驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的CTRl控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，由于U5的傳輸延遲時(shí)間極短，因此MOS管Ql及Q2的通斷與次級(jí)線(xiàn)圈SCl感應(yīng)的高低脈沖同步，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)線(xiàn)圈SCl的整流。對(duì)于次級(jí)線(xiàn)圈SC2的情況和次級(jí)線(xiàn)圈SCl —樣，MOS管Q3及Q4的通斷控制由多諧振蕩器的輸出信號(hào)FPLS經(jīng)過(guò)U5非門(mén)集成電路驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的CTR2控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，由于U5的傳輸延遲時(shí)間極短，因此MOS管Q3及Q4的通斷與次級(jí)線(xiàn)圈SC2感應(yīng)的高低脈沖同步，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)次級(jí)線(xiàn)圈SC2的整流。MOS管Ql、Q2、Q3及Q4的最大導(dǎo)通電阻0.1歐姆左右，可以保證在經(jīng)過(guò)差動(dòng)整流后，A點(diǎn)和B點(diǎn)的電位差與差動(dòng)變壓器移動(dòng)鐵芯的移動(dòng)距離基本成線(xiàn)性關(guān)系。電位器R30可以調(diào)整差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)電位。
[0021]所述濾波電路包括一階低通濾波電路、電容C12、C20，電容C12、C20用于對(duì)差動(dòng)整流后的電信號(hào)進(jìn)行電容濾波，減小電信號(hào)的紋波；R8、Cl3、R18及C19組成一階低通濾波電路，電阻R8、電容C13相互并聯(lián)、電阻R18、電容C19相互并聯(lián)，進(jìn)一步對(duì)差動(dòng)整流輸出的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理。VGl及VG2作為差動(dòng)整流后的差動(dòng)信號(hào)輸出，其值大概在幾十毫伏左右。
[0022]請(qǐng)參閱圖3，差動(dòng)信號(hào)VG1-VG2首先由U4A、U4D及U4B組成的三運(yùn)算放大器放大成單極性信號(hào)，其中U4A及U4D為差動(dòng)放大電路，RGl可以調(diào)節(jié)其放大倍數(shù)，再由R3、R4、R19、R20及U4B組成差動(dòng)減法電路。由短路塊J1、R11、U6B、U6A等組成電壓變換電路，當(dāng)需要電壓變送信號(hào)時(shí)，短接J1，U6A的輸出端為差動(dòng)變壓器的電壓變送信號(hào)輸出端，Vout作為電壓變送器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)。在電壓變換電路中，由U6B對(duì)三運(yùn)放電路輸出進(jìn)行電壓跟隨，由于運(yùn)算放大器U6A、U6B的輸入阻抗極高，因此可以認(rèn)為在三運(yùn)放輸出電路和電壓變換電路間為開(kāi)路，從而不影響后續(xù)的電流變換電路的輸出，電壓變換電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)可以由電位器R31調(diào)節(jié)。電流變換電路由短路塊J2、U4C、R5、R6、R21、R22及后續(xù)電路組成，U4C的輸出端為差動(dòng)變壓器的電流變送信號(hào)輸出端，標(biāo)準(zhǔn)的電流變送信號(hào)為lout。其中R5、R6、R21、R22、R24及R17為高精密低溫漂電阻，可以保證電壓變送信號(hào)與電流變送信號(hào)轉(zhuǎn)換的精度。Q7及R16組成過(guò)電流保護(hù)電路，保護(hù)極限電流約30mA。D2為防反二極管。在實(shí)際使用過(guò)程中，可以同時(shí)輸出O— 5V等電壓變送信號(hào)及4一20mA等標(biāo)準(zhǔn)電流變送信號(hào)，此時(shí)同時(shí)將Jl及J2短接；如果只需要電壓變送信號(hào)，將Jl短接，J2斷開(kāi)；如果只需要輸出標(biāo)準(zhǔn)的電流變送信號(hào)，將Jl斷開(kāi)，J2短接。
[0023]本實(shí)用新型將每個(gè)電橋中的兩個(gè)頻繁通斷的開(kāi)關(guān)二極管由超低導(dǎo)通電阻(小于I歐姆)的MOS管取代，由于采用了導(dǎo)通電阻非常小的MOS管，差動(dòng)整流后輸出的脈動(dòng)工作電流較小，因此，MOS管導(dǎo)通時(shí)管內(nèi)消耗的電壓信號(hào)可以忽略，同時(shí)由于MOS管只工作在飽和或截止兩種狀態(tài)，從而可以有效地保證該檢波電路的穩(wěn)定性和線(xiàn)性。另外，本實(shí)用新型中的電壓變換電路與電流變換電路可以同時(shí)輸出電流變送信號(hào)和電壓變送信號(hào)，也可以根據(jù)實(shí)際使用要求，選擇其中的某一種變送信號(hào)輸出，從而提高了其使用靈活性。
[0024]以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專(zhuān)利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實(shí)用新型的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，包括依次相連的電源電路、振動(dòng)激勵(lì)源、整流電路、差動(dòng)放大電路、差動(dòng)減法電路、電壓變換電路及電流變換電路，所述振動(dòng)激勵(lì)源包括非門(mén)集成電路、三極管Q5、初級(jí)線(xiàn)圈、次級(jí)線(xiàn)圈SC1、次級(jí)線(xiàn)圈SC2，非門(mén)集成電路的輸出信號(hào)端連接三極管Q5，三極管Q5的集電極連接初級(jí)線(xiàn)圈；所述整流電路包括第一電橋、第二電橋、濾波電路，第一電橋與第二電橋均由兩個(gè)開(kāi)關(guān)二極管及兩個(gè)MOS管組成，第一電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SCl相連，第二電橋與次級(jí)線(xiàn)圈SC2相連；所述差動(dòng)放大電路包括運(yùn)算放大器U4A、U4D，所述差動(dòng)減法電路包括運(yùn)算放大器U4B，U4A及U4D的輸出端分別與U4B的同相輸入端、反相輸入端相連；所述電壓變換電路包括短路塊J1、電阻R11、運(yùn)算放大器U6B、U6A, Jl的輸入端與U6B的同相輸入端通過(guò)Rll相連，U6B的輸出端與U6A的反相輸入端相連；運(yùn)算放大器U4B的輸出端與Jl的輸出端相連接；所述電流變換電路包括短路塊J2、電阻尺5、1?6、1?21、1?22、運(yùn)算放大器況(:，電阻R5、R6并聯(lián)與U4C的反相輸入端相連接，電阻R21、R22與U4C的同相輸入端相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，所述非門(mén)集成電路的Xl端連接有電阻R13，Y1、X2端連接有電阻R14，Υ2、Χ3連接有電容C18，所述電阻R13、電阻RH與電容C18組成多諧振蕩器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，所述濾波電路包括一階低通濾波電路、電容C12、C20，所述一階低通濾波電路包括相互并聯(lián)的電阻R8、電容C13及相互并聯(lián)的電阻R18、電容C19。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，所述差動(dòng)減法電路還包括電阻R3、R4、R19、R20，電阻R3、R4并聯(lián)與運(yùn)算放大器U4B的同相輸入端相連接，電阻R19、R20并聯(lián)與運(yùn)算放大器U4B的反相輸入端相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的差動(dòng)變壓器信號(hào)調(diào)理電路，其特征在于，所述電壓變換電路中運(yùn)算放大器U6A的輸出端為差動(dòng)變壓器的電壓變送信號(hào)輸出端，所述電流變換電路中運(yùn)算放大器U4C的輸出端為差動(dòng)變壓器的電流變送信號(hào)輸出端。
【文檔編號(hào)】G01B7/02GK204154266SQ201420579105
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】喬愛(ài)民, 羅少軒, 黃迎輝, 張新庭 申請(qǐng)人:蚌埠學(xué)院