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提高电感传感器测量灵敏度的方法

发布日期:2020-06-14 06:52

  被广泛应用于微小位移量检测中,但在一些工程中现有传感器的测量精度和灵敏度达不到测量要求。针对这一问题,对传感器前段信号处理电路进行改进,在传感器上下线圈并联电容形成LC电路,利用LC电路谐振效应改善电路的性能,以提高信号源头的灵敏度;采用Multisim软件对半桥和全桥电路在并联不同大小的电容后的性能进行仿真,并用Matlab对生成的曲线进行最小二乘拟合,比较得出使电路性能最优的电容值和并联方法。结果表明在损失微小线性度的情况下可将灵敏度提高一倍。

  电感位移传感器的实质,是将敏感元件的变化量转化成电压幅值的变化量来进行测量,其广泛应用于检测微小位移量的检测系统中,因此对电感传感器的测量精度和灵敏度要求很高。电感位移传感器的灵敏度是指输出电压的增量与侧头位移增量的比。在其他条件相同的情况下提高灵敏度可以提高系统的最小分辨率和精度。提高电感传感器灵敏度的方式有多种,但目前主要都是通过对电感传感器的信号调理电路的改进来实现。文中尝试通过谐振电路改变传感器的输出信号,从信号源头增大传感器灵敏度。这种方法相当于对传感器本身进行改进,使得它还可以与其他改进技术如:传感器激励源、输出信号处理、计算机软件补偿等兼容以共同提高整个系统的性能。

  如图1如果没有C1和C2为普通半桥电路,虚线框中为电感传感器的等效电路,传感器测头的位移带动螺线管中铁芯上下移动,从而改变上下两个线圈的电感值。将两线圈等效成纯电阻和纯电感的串联,如图中R1和L1组成上线组成下线圈,输出接在上线圈上。实际传感器中线圈与输出的接线不会变,只是通过铁芯移动来改变电感,所以R1和R2固定不变。输出电压

  图1在上下两个线后,分别形成了谐振回路I和回路II。如果铁芯在最下方时:回路II谐振,回路I失谐。当铁芯在最上方时:回路I谐振,回路II失谐。由于谐振电路在谐振时的阻抗会远大于失谐时的阻抗。可以定性地得出,铁芯在最下方时Uout的幅值会比没有电容小,在最上方时会比没有电容时大,所以灵敏度会增大。但在最下方和最上方中间的变化情况,以及它的线性度则需要后边仿真来确定。输出电压

  普通全桥电路图2(a),传感器上下两线时电桥平衡,当向上发生△X的位移时,铁芯上移,L1增大△L,L2减小△L,Uout的变化会比半桥方式增加近两倍,输出电压

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