LVDT解调器威廉希尔官方网站 的基础知识

在本文中，我们将了解如何将二极管整流器用作解调器威廉希尔官方网站 ，将 LVDT 的交流输出转换为指示磁芯位置的有用直流信号。

对解调器的需求

当LVDT的核心完全居中时，两个次级绕组上出现极性相反的相等电压Vs1 = -Vs2和Vout = 0。

图1

当铁芯沿给定方向偏离中心时，其中一个次级线圈上的电压增加，另一个次级线圈上的电压随铁芯位移线性下降，因此，Vout 的幅度增加。如果我们将 Vout 转换为直流信号，我们就可以确定磁芯位移量。

然而，在不知道 Vout 相对于激励电压 (VEXC) 的相位的情况下，我们无法确定磁芯位移的方向。因此，我们需要一些威廉希尔官方网站 来成功解释 LVDT 输出，以确定位移量和磁芯位移的方向。

在 LVDT 信号调理的背景下，解调器是将 LVDT 的交流输出转换为直流信号的威廉希尔官方网站 ，直流信号的幅度和极性揭示核心位置。基于整流的解调器和同步解调器是可用于 LVDT 设备的两个主要选项。

图2

二极管半波整流器（如图 2 所示）可用作 LVDT 解调器。

来自第一个次级 (Vs1) 的电压通过 D1 和上部 R 和 C 产生的半波整流器进行整流。同样，Vs2 的整流版本出现在节点 B。输出是这两个 DC 之间的差值 电压，即 Vout = V1 - V2。

检验二极管解调器的波形

为了获得更深入的了解，让我们做一些模拟并检查二极管解调器的操作。设Vexc = 4sin(2π x 2500 x t)，并设在零位置，Vs1和Vs2的振幅都等于4v;然而，由于给定的铁芯位移，两个二次电压变化为：

在这里，我们假设第一副振幅比零位置振幅增加了1.2 V;我们可以使用下面的LTspice原理图来模拟这个例子：

图3

在此示意图中，电压源 Vs1 和 Vs2 是 LTspice“任意行为电压源”，用于创建等式 1 和 2 给出的电压。例如，Vs1 等于节点 EXC 处的电压 v(EXC)， 乘以因子 1 加上节点 x 处的电压，即 1+v(x)。节点 EXC 的电压为励磁电压，节点 x 的电压为 0.3。这给出了 Vs1 = v(EXC) x (1+0.3) = (1+0.3) x 4 x sin(2π x 2500 x t)，与等式 1 相同。

二极管D1和D2是由LTspice：简单的理想二极管。当R=1 kΩ， C=1.5 μF时，得到上半波整流器的波形如下：

图4

忽略电压纹波，节点A的直流值约为4.66 V。对于下整流器，我们得到如下波形。

图5

节点 B 的 DC 值按预期较小（约 2.51 V）。输出是这两个直流电压之间的差值，直流值约为 2.15 V。输出的幅度与磁芯位移量成正比。考虑到输出的极性，我们知道|Vs1| > |Vs2|。这揭示了磁芯位移的方向。

模拟机械带宽为250Hz的系统

现在，让我们在假设附着在磁芯上的物体的运动具有250hz的正弦波形的前提下，来检查上述系统：

由于LVDT输出的幅值随磁芯位置线性变化，我们得出Vs1和Vs2可以用以下公式表示：

其中x是250Hz的正弦曲线。假设，对于给定的LVDT, x的振幅为0.3。因此,我们有

我们可以使用下面的LTspice原理图来模拟这个示例：

图6

除了Vs1和Vs2的振幅变化遵循正弦波形(v(x)=0.3×sin(2π×250×t))外，这与前面的例子相同。输出节点1和节点A的电压如下图所示。

图7

正如你所看到的，次级电压是一个正弦波形，其振幅由磁芯位置调制(在我们的模拟中，振幅实际上是由x调制的，它被假定为核心位置的函数)。这就解释了为什么用来提取磁芯位置信息的威廉希尔官方网站 被称为解调器。

对于下整流器，我们得到类似的波形如图8所示。

图8

下图中的红色曲线显示了最终的输出(Vout = V(a)-V(b))。

图9

虽然输出信号有一些突变，但它看起来像x的放大版本，它是磁芯位移的函数。

因此，调制器输出给了我们预期的磁芯位置。为了验证这一点，我们可以使用LTspice的FFT特性来找到输出电压的频率含量。如图10所示。

图10

输出的FFT显示，主频率分量在250Hz，这是物体运动的频率。在信号调理威廉希尔官方网站 的后续阶段，也有一些高频元件可以通过低通滤波器进行滤波。

二极管半波整流器的局限性

上述模拟采用了一个理想的二极管模型。真实的二极管表现出非零正向电压降。在LVDT输出幅度相对较小的情况下，这可能会导致非线性误差。为了避免二极管I-V特性的非线性区域，即使当核心距离零位的最大距离时，LVDT二次电压的幅值也应该大于二极管的正向压降。

记住，当磁芯处于其全尺寸位移时，通过一个二次电源的电压是最小的。使用一些小型和专业的lvdt，输出幅度可能相对较小，二极管正向电压可能会造成问题。

此外，二极管的正向电压降是温度的函数(硅的温度系数约为-2.2 mV/℃)。正向电压降甚至可以改变由焊接过程引起的机械应力。另一个可能导致机械应力的机制是二极管体和威廉希尔官方网站 板之间的热膨胀系数的差异。因此，为两个LVDT输出提供足够匹配的整流器是一项挑战。

除了二极管的正向压降，两条路径的阻抗也应该匹配，以避免两个副威廉希尔官方网站 响应之间不必要的不匹配。

精密整流器

为了规避二极管整流器的限制，我们可以使用一个精密整流器，如图11所示，以获得每个LVDT二次的直流值。

图11

虽然精密整流器可以弥补简单的二极管整流器的挑战，但它有自己的局限性，如噪声抑制小。