第4章传感器原理案例.ppt

3. 差动变压器式传感器测量电路 差动变压器的输出是交流电压，若用交流电压表测量，只能反映衔铁位移的大小，不能反映移动的方向。另外，其测量值中将包含零点残余电压。为了达到能辨别移动方向和消除零点残余电压的目的，实际测量时，常常采用差动整流电路和相敏检波电路。  (1) 差动整流电路 这种电路是把差动变压器的两个次级输出电压分别整流， 然后将整流的电压或电流的差值作为输出，图4-18给出了几种典型电路形式, 其中图（a）、（c）适用于交流阻抗负载，图（b）、 （d）适用于低阻抗负载， 电阻R0用于调整零点残余电压。 图4-18 差动整流电路 （a） 半波电压输出；（b） 半波电流输出； （c） 全波电压输出； （d） 全波电流输出 从图4-18（c）电路结构可知，不论两个次级线圈的输出瞬时电压极性如何，流经电容C1的电流方向总是从2到4，流经电容C2的电流方向总是从6到8， 故整流电路的输出电压为 (4-35) ? 当衔铁在零位时，因为U24=U68，所以U2=0；当衔铁在零位以上时，因为U24 U68 ，则U2 0；而当衔铁在零位以下时， 则有U24 U68，则U2 0。U2的正负表示衔铁位移的方向。  差动整流电路具有结构简单, 不需要考虑相位调整和零点残余电压的影响 , 分布电容影响小和便于远距离传输等优点，因而获得广泛应用。 . . . . . . . . . . (2) 相敏检波电路 相敏检波电路如图4-19所示。图中VD1、 VD2、VD3、VD4为四个性能相同的二极管，以同一方向串联接成一个闭合回路， 形成环形电桥。输入信号u2(差动变压器式传感器输出的调幅波电压)通过变压器T1加到环形电桥的一个对角线上。参考信号us通过变压器T2加到环形电桥的另一个对角线上。 输出信号uo从变压器T1与T2的中心抽头引出。图中平衡电阻R起限流作用，以避免二极管导通时变压器T2的次级电流过大。RL为负载电阻。us的幅值要远大于输入信号u2的幅值，以便有效控制四个二极管的导通状态，且us和差动变压器式传感器激磁电压u1由同一振荡器供电， 保证二者同频同相（或反相）。 图4-19 相敏检波电路 根据变压器的工作原理，考虑到O、M分别为变压器T1、 T2的中心抽头，则 ? (4-36) (4-37) 式中，n1 , n2分别为变压器T1、T2的变压比。采用电路分析的基本方法，可求得图4-19（b）所示电路的输出电压uo的表达式 (4-38) 同理当u2与us均为负半周时，二极管VD2、VD3截止，VD1、VD4导通。其等效电路如图4-19（c）所示。输出电压uo表达式与式（4-38）相同。说明只要位移Δx0，不论u2与us是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的电压uo始终为正。 当Δx0时，u2与us为同频反相。采用上述相同的分析方法不难得到当Δx0时，不论u2与us是正半周还是负半周，负载电阻RL两端得到的输出电压uo表达式总是为 (4-39) 图4-20 波形图 （a） 被测位移变化波形图; （b） 差动变压器激磁电压波形; （c） 差动变压器输出电压波形 (d) 相敏检波解调电压波形； (e) 相敏检波输出电压波形 4. 差动变压器式传感器的应用 差动变压器式传感器可以直接用于位移测量，也可以测量与位移有关的任何机械量，如振动、加速度、应变、比重、张力和厚度等。  图4-21为差动变压器式加速度传感器的原理结构示意图。 它由悬臂梁和差动变压器构成。测量时，将悬臂梁底座及差动变压器的线圈骨架固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连， 此时传感器作为加速度测量中的惯性元件，它的位移与被测加速度成正比，使加速度测量转变为位移的测量。当被测体带动衔铁以Δx(t)振动时，导致差动变压器的输出电压也按相同规律变化。 图4-21 差动变压器式加速度传感器原理图 测量振动、厚度、应变、压力、加速度等各种物理量。 1. 差动变压器式加速度传感器 用于测定振动物体的频率和振幅时其激磁频率必须是振动频率的十倍以上，才能得到精确的测量结果。可测量的振幅为(0.1～5)mm，振动频率为(0～150)Hz。 稳压电源 振荡器 检波器 滤波器 (b) (a) ～220V 加速度a方向 a 输出 1 2 1 1 弹性支承 2 差动变压器 2. 微压力变送器 将差动变压器和弹性敏感元件（膜片、膜盒和弹簧管等）相结合，可以组成各种形式的压力传感器。 ～