自動檢測技術

第3章電感式傳感器及其信號調(diào)理目錄3.1自感式傳感器3.2差動變壓器3.3電渦流傳感器3.4壓磁式傳感器3.5電感式傳感器的信號調(diào)理電感式傳感器是利用非電量的變化引起傳感元件線圈自感和互感的變化，從而實現(xiàn)非電量電測量的一種裝置。電感傳感器可分為自感式、互感式和渦流式三種類型。3.1自感式傳感器3.1.1單線圈自感傳感器自感式傳感器亦稱變隙式自感傳感器或變磁阻式自感傳感器，根據(jù)鐵芯線圈磁路氣隙的改變，引起磁路磁阻的改變，從而改變線圈自感的大小。氣隙參數(shù)的改變可通過改變氣隙長度和改變氣隙截面積兩種方式實現(xiàn)。傳感器線圈分單線圈和雙線圈兩種。圖3-1單線圈變氣隙式長度自感傳感器根據(jù)磁路知識，線圈自感L可按下式計算

與電阻串聯(lián)類似，串聯(lián)磁路磁阻為各環(huán)節(jié)磁阻之和

實際上由于鐵芯工作于非飽和狀態(tài)，此時鐵芯的磁導率遠遠大于空氣的磁導率，因而磁路的總磁阻主要由氣隙的磁阻所決定。即可認為移動銜鐵的位置，即可改變氣隙的長度，從而引起線圈自感的變化，實現(xiàn)位移到電感量的變化的轉(zhuǎn)換。設初始氣隙為，電感初值為，當銜鐵上移時，氣隙變?yōu)椋芍€圈自感的變?yōu)?/p>

當，將（3-5）用泰勒級數(shù)展開當銜鐵下移幅度為時，線圈自感變?yōu)?/p>

變氣隙長度型傳感器與呈非線性關系，而且在位移幅度相同但位移方向不同時，所引起的電感變化的絕對量并不完全相同。但在的前提下，作線性化處理，可得其靈敏度為

非線性誤差為

為提高自感傳感器的靈敏度，可減小;但的減小又限制了測量范圍，而且使非線性加重。自感傳感器總要接入測量電路中去，有必要研究傳感器相對于測量電路的等效電路。不能把它看成一個理想的純電感L。實際上：線圈導線存在電阻Rc；傳感器中的鐵磁材料在交變磁場中一方面被磁化，另一方面形成渦流及損耗，這些損耗可分別用磁滯損耗電阻和渦流損耗電阻Re表示；還存在線圈的匝間電容和電纜線分布電容，二者用C統(tǒng)一表示。圖3-2自感傳感器的等效電路單線圈自感傳感器結構雖然簡單，但存在諸多缺陷，技術性能較差：由于線圈流往負載的電流不可能為零，存在起始電流，銜鐵始終受電磁引力，會引起附加誤差；非線性誤差較大；某些客觀存在的干擾如電源、溫度的波動，都會對輸出造成影響。3.1.2差動自感傳感器雙線圈變氣隙式自感傳感器采用兩個線圈激磁，工作時兩線圈的自感呈反相變化，形成差動輸出，因而稱之為差動自感傳感器。差動自感傳感器亦有變氣隙長度型和變氣隙截面積型，由兩只完全對稱的單線圈自感傳感器共用一個活動銜鐵而構成。圖3-3變氣隙長度型差動自感傳感器設，，則兩線圈自感分別為圖3-4差動自感傳感器的輸出特性示意圖差動自感傳感器的輸出特性示意圖如圖所示。采用差動結構能帶來的好處：將傳感器兩線圈接入交流電橋的相鄰兩臂圖3-5差動自感傳感器接入交流電橋初始時，銜鐵處于中間位置，，，即,而是固定臂，于是電橋平衡，輸出電壓=0。當銜鐵偏離中間位置時，兩線圈電感量(或阻抗)一增、一減此時電橋失衡，有電壓輸出，輸出為

因為線圈的品質(zhì)因數(shù)很高，可見，輸出信號的幅值與銜鐵的位移幅度成正比，其相位取決于位移的方向，若銜鐵上移，輸出信號與激勵電源同相位；若銜鐵下移，輸出信號與激勵電源相位相差180o。若只將單線圈自感傳感器接入該電橋，不妨設Z1為該單線圈自感傳感器，可得

采用差動結構能帶來的好處：理論上消除了零位輸出，銜鐵所受電磁力平衡；靈敏度提高一倍；線性度得到改善(高次項能部分相互抵消)；差動形式可減弱或消除溫度、電源變化及外界干擾等共模干擾的影響。因為這些干擾是以相同的方向、相同的幅度作用在兩個線圈上的，所引起的自感變化的大小和符號相同，而信號調(diào)理電路實質(zhì)上是將兩個線圈自感的差值轉(zhuǎn)換為電信號。自感傳感器直接檢測的非電量是微小位移，配合各種敏感元件，它也可完成能夠轉(zhuǎn)換為微小位移的其他非電量的檢測。圖3-6是利用自感傳感器測量壓力的示意圖，可用來測量液位。圖3-6利用自感傳感器測量壓力圖3-7所示為采用差動自感傳感器測量壓力差的原理結構。若，則銜鐵處于對稱位置，即處于零位，此時有；若時，則下面的電感增大，上面電感減小，壓力差與電感變化具有確切對應關系。如果某密閉壓力容器內(nèi)部儲存的是具有固定密度的液體，則其底部壓力與頂部壓力之差和液位之間將具有確切對應關系，則圖3-7可用來測量其液位。圖3-7采用差動自感傳感器測量壓力差目錄3.1自感式傳感器3.2差動變壓器3.3電渦流傳感器3.4壓磁式傳感器3.5電感式傳感器的信號調(diào)理3.2差動變壓器3.2.1工作原理差動變壓器將位移量轉(zhuǎn)換為線圈間互感的變化。它實質(zhì)上是—種變壓器，主要由原邊繞組、副邊繞組和鐵芯組成。它往往做成差動結構形式，副邊兩個繞組進行“差接”。在其原邊繞組施加激勵電壓后，由于互感系數(shù)變化，副邊差接繞組的感應電勢將相應地發(fā)生變比。由于它結構簡單．測量精度較高、測量范圍寬，作為位移傳感器得到廣泛應用。其中螺管式差動變壓器是差動變壓器的主要結構形式。圖3-8螺管式差動變壓器結構示意圖差動變壓器主要由線圈、鐵芯組成。線圈由初級線圈和次級線圈組成。線圈中插入圓柱形鐵心b。圖中所示為三段式差動變壓器，即線圈骨架分成三段，中間為初級線圈，上下為次級線圈。線圈繞制方式多為初級在內(nèi)，次級在外；差動變壓器的電氣連接方法如圖3-9所示，次級線圈S1和S2反極性串聯(lián)。圖3-9差動變壓器的電氣連接方法差動變壓器的工作原理可以用變壓器原理解釋，所不同的是一般變壓器的磁路是閉合的、而差動變壓器的磁路是不閉合的。一般變壓器的初次級間的互感系數(shù)是常數(shù)，差動變壓器的初次級之間的互感是隨銜鐵移動而作相應的變化。差動變壓器的工作正是建立在互感變化的基礎上。圖3-10差動變壓器輸出特性曲線實際的差動變壓器當鐵芯位于線圈中心位置時，輸出電壓值不為零，而是，稱為零點殘余電壓。因此差動變壓器的實際輸出特性如圖3-10(a)中虛線所示。產(chǎn)生零點殘余電壓的原因主要有：1)由于兩個次級線圈的繞制在工藝上不可能完全一致，因此它們的等效參數(shù)(互感、自感和損耗電阻)不可能完全相等。初級線圈中銅損和鐵損的存在以及匝間寄生電容的存在使激勵電流與所產(chǎn)生的磁通之間有相位差。上述因素就使兩個次級線圈的感應電勢不僅數(shù)值不等，并且相位也不相同。這是零點殘余電壓中基波分量產(chǎn)生的原因。2）由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使得激勵電流與磁通波形不—致，導致產(chǎn)生非正弦波磁通，從而在次級線圈感應出非正弦波電勢，其主要是含三次諧波。這是零點殘余電壓中所含高次諧波產(chǎn)生的原因。零點殘余電壓的存在，使差動變壓器在機械零位附近的靈敏度下降，非線性誤差增大，降低了它在零位附近的分辨率。消除或減小零點殘余電壓—般可采用以下方法：1)設計和加工應盡量保證線圈和磁路對稱，結構上可附加磁路調(diào)節(jié)機構。其次，應選用高導磁率、低矯頑磁力、低剩磁感應的導磁材料，并將導磁體加以熱處理，消除殘余應力，以提高磁性能的均勻性和穩(wěn)定性。在選取磁路工作點時，應使其不工作在磁化曲線飽和區(qū)。2)選用合適的測量電路，如相敏檢波和差動整流電路，其直流輸出不僅可以鑒別鐵心位移方向，而且可以減小或消除零點殘余電壓。3)采用補償電路，為常采用的零點殘余電壓補償電路原理圖。消除零點殘余電壓的補償電路有四種：①附加串聯(lián)電阻以消除基波同相成分；②附加并聯(lián)電阻以消除基波正交成分；③附加并聯(lián)電容。改變相移，補償高次諧波分量；④附加反饋繞組和反饋電容，以補償基波及高次諧波分量。串聯(lián)電阻的阻值很小，為0.5－5Ω，并聯(lián)電阻的阻值為數(shù)十到數(shù)百千歐；并聯(lián)電容的數(shù)值在數(shù)百PF范圍。實際數(shù)值通常由實驗來確定。圖3-11差動變壓器的零位補償3.2.2輸出特性1等效電路忽略實際差動變壓器中的渦流損耗、鐵損和寄生電容等，其等效電路如圖3-12所示。

圖3-12差動變壓器的等效電路可列出如下方程：當鐵芯位于中間位置時，，=0鐵芯向上位移時，，鐵芯向下位移時，，2靈敏度指在單位電壓激勵下，鐵心移動單位距離時的輸出電壓變化量，其量綱為mv/mm/V。一般螺管式差動變壓器的靈敏度大于5mV/mm/V。為提高靈敏度，可采取下列措施：①增大差動變壓器的幾何尺寸以提高線圈的Q值?！憔€圈長度為其直徑的1.5——2.0倍較為合適。②適當提高激磁頻率。③增大鐵芯直徑，但不應觸及線圈骨架；鐵芯采用導磁率高、鐵損小、渦流損耗小的材料。④在不使初級線圈過熱的前提條件下當提高激勵電壓。坡莫合金的導磁性能好，但渦流損耗較大，所以對激磁頻率為500Hz以上的差動變壓器，大多使用鐵氧體鐵芯；低頻激磁時，多采用工業(yè)純鐵作鐵芯材料。在要求電流輸出的場合，宜采用次級線圈匝數(shù)較少的差動變壓器，以降低其輸出阻抗，再選擇合適的輸出電路，可得到1mA/mm/V的靈敏度。

3頻率特性差動變壓器的激勵頻率—般在50Hz至10kHz范圍。頻率太低時，其靈敏度顯著降低，由溫度和頻率波動引起的附加誤差增大；但頻率太高，其渦流損耗和鐵損增加，寄生電容影響加大。根據(jù)具體應用場合選擇合適的工作頻率非常重要。當負載電阻RL與次級線圈串聯(lián)時，RL上的輸出電壓表示為根據(jù)（3-19）畫出差動變壓器頻率特性如圖3-13。當RL遠大于差動變壓器內(nèi)阻時，下限截止頻率fL為圖3-13差動變壓器頻率特性4相位差動變壓器的次級電壓相對初級電壓的相位通常超前幾度到幾十度。超前相角大小與差動變壓器的結構和激磁頻率有關。小型、低頻者超前角大，大型、高頻者超前角小。5線性范圍差動變壓器鐵芯的材質(zhì)、長度、直徑和線圈骨架的形狀、大小均對其次級電壓與鐵芯位移之間關系的線性度有直接影響．通常其線性范圍約為其線圈骨架長度的1／10到1／4。通常所說的線性度不僅包括鐵芯位移與次級電壓關系的線性程度，還要求次級電壓的相位角為某固定值。后—點住往難于滿足。若考慮此因素，差動變壓器線性范圍約為其線圈骨架長度的1／10左右。

6溫度特性初級線圈的電阻溫度系數(shù)對差動變壓器的溫度特性影響最大。銅導線的電阻溫度系數(shù)約為0.4%/℃，對于小型差動變壓器且在較低頻率下使用，其初級線圈總阻抗中線圈電阻所占比例較大，此時差動變壓器的溫度系數(shù)約為-0.3%/℃。對于大型差動變壓器且使用頻率較高時，其溫度系數(shù)較小，一般約為-0.1%/℃至-0.05%/℃。

3.2.3典型應用舉例差動變壓器直接測量的物理量是鐵芯位移，配合相應的敏感元件，它也可用于其它物理量的測量。圖3-14是利用差動變壓器測量大型構件如鋼梁撓度的示意圖。圖3-14利用差動變壓器測量大型構件撓度圖3-15為兩種常用的差動變壓器測力傳感器。圖(a)為環(huán)形彈性元件，隨彈性元件剛度的不同，測力范圍為102N~106N。圖(b)為筒形彈性元件，其特點是輸出信號大，線性好，重復性好及漂移小。彈性元件受力產(chǎn)生位移，帶動差動變壓器的鐵芯運動，使兩線圈互感發(fā)生變化，最后使差動變壓器的輸出電壓產(chǎn)生和彈性元件受力大小成比例地變化。

（a）(b)圖3-15利用差動變壓器測量力圖3-16是另外一種利用差動變壓器測量力的方案示意圖。在該測量方案中采用了反饋原理，反饋是利用力平衡電路實現(xiàn)的。差動變壓器在力平衡電路中作為零位檢測元件使用。當杠桿受到檢測力作用時就繞支點偏轉(zhuǎn)，使差動變壓器鐵芯相對線圈產(chǎn)生位移，于是差動變壓器輸出電壓信號；此電壓經(jīng)放大器放大后，再經(jīng)整流便產(chǎn)生一相應的直流電流。該電流流過力平衡線圈，變換成電磁力作用于杠桿；此力作為反饋力與被測力共同作用于杠桿，使杠桿處于力矩平衡狀態(tài)，這時流過力平衡線圈的電流則與被測力成比例。圖3-16利用差動變壓器的零位法力測量目錄3.1自感式傳感器3.2差動變壓器3.3電渦流傳感器3.4壓磁式傳感器3.5電感式傳感器的信號調(diào)理3.3電渦流傳感器3.3.1反射式電渦流傳感器與自感傳感器、差動變壓器相比，電渦流測量原理的特點有二，其一是對導電率、導磁率等物性參數(shù)敏感，其二是能夠?qū)崿F(xiàn)非接觸測量。金屬導體置于變化著的磁場中，導體內(nèi)就會產(chǎn)生感應電流，稱之為電渦流。這種現(xiàn)象稱為渦流效應。電渦流式傳感器正是基于這種渦流效應而工作的。圖3-17電渦流效應線圈與導體之間存在磁的聯(lián)系，若把導電材料看成一個具有內(nèi)阻的線圈，則圖3-17可用圖3-18所示的等效電路表示。R1、R2分別為線圈和導電材料的等效電阻，L1、L2分別為線圈和導電材料的等效電感。M為互感參數(shù)，表征線圈與導電材料之間磁聯(lián)系強弱。圖3-18電渦流效應的等效電路由圖3-18可列出下列方程

解上式，可得線圈的等效阻抗前兩項為等效電阻，第三項為等效電抗，第三項中括號內(nèi)為等效電感。品質(zhì)因數(shù)為

金屬導體的電阻率ρ、磁導率μ、線圈與金屬導體之間的距離d以及線圈激勵電流的角頻率ω等參數(shù)，都將通過電渦流效應與線圈等效阻抗發(fā)生聯(lián)系。線圈等效阻抗是這些參數(shù)的函數(shù)

若能保持上述四個參數(shù)中的任意三個參數(shù)恒定，則等效阻抗將與第四個參數(shù)之間建立一一對應的關系，構成了從第四個參數(shù)到等效阻抗之間的轉(zhuǎn)換關系。利用位移d作為變換量，可以非接觸的測量位移、厚度、振動、轉(zhuǎn)速等，也可做成接近開關等。圖3-19為電渦流位移傳感器的幾種具體應用。圖3-19電渦流位移傳感器的幾種具體應用圖3-20為利用電渦流傳感器測量轉(zhuǎn)速的電路框圖。在被測對象上開一個凹槽，靠近軸表面安裝電渦流探頭。每當軸轉(zhuǎn)動到如圖示位置，電渦流探頭感受到軸表面的位置變化，傳感器激勵線圈的電感隨之改變，軸轉(zhuǎn)一圈，變化一次，振蕩器的頻率變化一次。通道檢波器轉(zhuǎn)換成電壓的變化，從而得到與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號。來自傳感器的脈沖信號經(jīng)整形后，由頻率計得到頻率值，再轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)速。圖3-20利用電渦流傳感器測量轉(zhuǎn)速圖3-21是電渦流式傳感器用于檢測金屬鍍膜厚度的原理圖。設沒有膜時，傳感器探頭與金屬表面距離為，有膜時距離變成，所以膜厚為。膜的厚度不同，消耗磁場能量不同，導致探頭的等效阻抗變化，從而引起轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓變化，根據(jù)輸出電壓的變化可知金屬鍍膜厚度的變化。圖3-21利用電渦流傳感器測量金屬鍍膜厚度接近開關在自動控制系統(tǒng)中得到普遍應用，量大面廣。圖3-22是電渦流式接近開關的電路框圖。將絕緣勵磁線圈作為振蕩電路的一部分，若振蕩器有效阻抗產(chǎn)生變化，振蕩器的振蕩頻率也要發(fā)生變化。經(jīng)過檢波器轉(zhuǎn)換成的電壓與比較器提供的電壓相比較：如果不相等，就會產(chǎn)生1個計數(shù)脈沖。圖3-22電渦流式接近開關利用ρ作為變換量，可以非接觸的測量溫度、判別材質(zhì)。例如可以用來構成金屬探測器，探測地下金屬管線的有無和走向；利用μ作變換量，可以非接觸的測量應力、硬度等；利用變換量d、ρ、μ等綜合影響可以制成探傷裝置等。例如可以用來探測鋼絲繩內(nèi)部有無斷絲、在什么位置斷絲、斷絲程度如何等。這種利用傳感器激勵線圈產(chǎn)生的交變磁場H1在金屬導體表面形成渦流環(huán)，渦流環(huán)所產(chǎn)生的磁場H2反過來抵消激勵磁場H1，從而引起傳感器線圈等效阻抗改變的傳感器稱為反射式電渦流傳感器。由于趨表效應的緣故，電渦流只能在金屬導體靠近激勵線圈一側的表面薄層內(nèi)形成，電渦流軸向滲透(貫穿)深度為

上式說明，激勵頻率越高，渦流軸向滲透深度越小，反射效應相對越強。因此反射式電渦流傳感器多用較高頻率的激勵源。由于線圈產(chǎn)生的磁場在金屬導體內(nèi)不可能波及無限大的區(qū)域，因此電渦流形成區(qū)有一定范圍，基本上在內(nèi)徑為2r，外徑為2R，厚度為h的矩形截面圓環(huán)內(nèi)。電渦流區(qū)大小與激勵線圈外徑D的關系近似為

因此被測金屬導體的表面不應少于激勵線圈外徑的兩倍，否則將不能全部利用所能產(chǎn)生的電渦流效應，致使靈敏度降低。3.3.2透射式電渦流傳感器透射式電渦流傳感器由發(fā)射線圈L1、接收線路L2和位于兩線圈中間的被測金屬板組成，如圖3-23所示。圖3-23透射式電渦流傳感器幅值可表示為

與金屬板厚度的關系如圖3-24所示?？衫脕矸从辰饘侔宓暮穸取Ｓ蓤D可見，激勵頻率較低時，線性度較好，因此應選擇較低的激勵頻率(通常為1kHz左右)?？梢?，厚度較小時，高頻激勵特性曲線斜率較大，靈敏度較高，因此測薄板時應選相對厚板較高的激勵頻率。圖3-24不同激勵頻率下與金屬板厚度的關系3.4壓磁式傳感器某些鐵磁物質(zhì)在外界機械力的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生機械應力，從而引起磁導率的改變，這種現(xiàn)象稱為壓磁效應。當某些材料受拉時，在受力方向上磁導率增高，而在與作用力相垂直的方向上磁導率降低。相反，某些鐵磁物質(zhì)在外界磁場的作用下會產(chǎn)生變形，有些伸長，有些則壓縮，這種現(xiàn)象稱為“磁致伸縮”。目錄3.1自感式傳感器3.2差動變壓器3.3電渦流傳感器3.4壓磁式傳感器3.5電感式傳感器的信號調(diào)理實驗證明，只有在一定條件下(如磁場強度恒定)壓磁效應才有單一特性，但不是線性關系。就同一種鐵磁材料而言，在外界機械力的作用下，磁導率的改變與磁場強度有著密切的關系。當磁場較強時，磁導率隨外界力的增加而減小，而當磁場較弱時則與相反的結果。鐵磁材料的壓磁應變靈敏度S為利用上述關系可以制成壓磁傳感器，常用來測量壓力、拉力、扭轉(zhuǎn)力(或力矩)。這種傳感器的輸出電參量為電阻抗或是二次繞組的感生電動勢，變換鏈為機械力→應力→磁導率→磁阻→電阻抗或感應電勢。圖3-25為一種壓磁式力傳感器示意圖。存在如下關系圖3-25壓磁式力傳感器結構形式之一在外力作用下導磁體多數(shù)表現(xiàn)為各向異性特性。利用此特性也可以制成另一種形式的壓磁式力傳感器，如圖3-26所示。圖3-26壓磁式壓力傳感器結構形式之二目錄3.1自感式傳感器3.2差動變壓器3.3電渦流傳感器3.4壓磁式傳感器3.5電感式傳感器的信號調(diào)理3.5電感式傳感器的信號調(diào)理3.5.1交流電橋普通的交流電橋包括平衡電橋和不平衡電橋，被用來測量阻抗參數(shù)，理所當然的可以將電感傳感器的感抗參數(shù)變化轉(zhuǎn)換成電壓信號。關于交流電橋，已經(jīng)在電阻傳感器的信號調(diào)理中予以介紹，此處不再重復。圖3-27是另一種形式的交流電橋——變壓器式電橋。圖3-27變壓器式電橋假定O點為零電位，且傳感器線圈為高Q值，即線圈電阻遠遠小于其感抗，即，則可以推導其輸出特性公式為

在初始位置，即銜鐵位于差動電感傳感器中間時，由于兩線圈完全對稱，因此。此時橋路平衡，即。當銜鐵下移時，下線圈阻抗增加，即，而上線圈阻抗減少，為，此時輸出電壓為

因為在Q值很高時，線圈內(nèi)阻可以忽略，所以同理銜鐵下移時，可推導出綜合前面兩式得

由上式可見，銜鐵上移和下移時，輸出電壓相位相反，且隨的變化輸出電壓也相應地改變。據(jù)此，經(jīng)適當電路處理可判別位移的大小及方向。3.5.2調(diào)幅、調(diào)頻與調(diào)相電路圖3-28為將感抗變化轉(zhuǎn)換為交流信號幅值的電路，稱為調(diào)幅電路。圖3-28調(diào)幅電路圖3-29為將感抗變化轉(zhuǎn)換為交流信號頻率的電路，稱為調(diào)頻電路。圖3-29調(diào)頻電路把傳感器電感L和一個固定電容C接入一個振蕩回路中，其振蕩頻率

當L變化時，振蕩頻率隨之變化，根據(jù)頻率大小即可測出被測量值。圖3-30為將感抗變化轉(zhuǎn)換為交流信號相位的電路，稱為調(diào)相電路。

（a）（b）（c）圖3-30調(diào)頻電路調(diào)相電路實際上是一個相位電橋，一臂為傳感器L，另一臂為固定電阻R。將電感線圈設計成具有高品質(zhì)因數(shù)。與L的關系為

當L有微小變化時，所引起的輸出電壓相位變化為

3.5.3相敏整流電路自感傳感器接入交流電橋等信號調(diào)理電路后，輸出一個交流電壓，其幅值取決銜鐵運動的幅度，其相位取決于銜鐵運動的方向。對差動變壓器、電渦流傳感器也有類似情況。此交流電壓信號往往輸入一個被稱之為“相敏整流電路”的環(huán)節(jié)。相敏整流電路的功能是將交流電壓的幅值轉(zhuǎn)換為直流電壓的幅值，而將交流電壓的相位轉(zhuǎn)換為直流電壓的極性，即該整流電路對被整流交流電壓的相位“敏感”。圖3-31為相敏整流電路原理圖。圖3-31相敏整流電路圖中，四個性能相同的二極管以同一方向串聯(lián)成一個閉合回路，形成環(huán)形電橋。（1）當正位移時1)載波信號為上半周（0～π）2）載波信號為下半周（π～2π）結論：當銜鐵在零點以上移動、與同頻同相時，不論載波是正半周還是負半周，在負載電阻上得到的電壓始終為正。（2）當負位移時1）載波信號為上半周（0～π）2）載波信號為下半周（π～2π）結論：當銜鐵在零點以下移動、與同頻反相時，不論載波是正半周還是負半周，在負載電阻上得到的電壓始終為負。綜上所述，經(jīng)過相敏檢波電路，正位移輸出正電壓，負位移輸出負電壓，電壓值的大小表明位移的大小，電壓的正負表明位移的方向。輸出特性曲線為過零點的一條直線，見圖3-32。圖3-32電感傳感器經(jīng)相敏檢波后的輸出特性3.5.4單片差動變壓器信號調(diào)節(jié)電路AD5981AD598信號調(diào)節(jié)器的基本特點及主要技術指標AD598是一種完整的單片式線位移差動變壓器(LVDT)信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)。AD598與LVDT配合，能夠?qū)VDT的機械位置轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性輸出的高精度直流電壓。AD598將所有的電路功能都集中在一塊芯片上，只要增加幾個外接無源元件，就能確定激磁頻率和輸出電壓的幅值。在芯片內(nèi)部，AD598將LVDT處理的次級輸出信號按比例地轉(zhuǎn)換成直流信號。圖3-33AD598功能框圖AD598信號調(diào)節(jié)器的基本特點如下：①AD598提供了一個用單片器件解決LVDT信號調(diào)節(jié)問題的方案，它只要求外接幾個無源元件。②AD598能夠適用于多個不同類型的LVDT，因為AD598的輸入電壓、輸出電壓、頻率適應范圍都很寬。AD598的輸出電壓達24Vrms，它能夠直接驅(qū)動LVDT的初級激磁線圈；接受的LVDT的次級輸出電壓可以低于100mVrms。③LVDT的激磁信號頻率20Hz～20kHz，它決定于AD598的外接電容C1。AD598所接受的LVDT次級輸出信號不需要與初級驅(qū)動信號同步，這意味著可以采用外部激磁信號。④AD598采用比率譯碼方案，避免了次級對初級的相移、變壓器中點電壓對性能的影響。⑤AD598可以同時驅(qū)動多個LVDT。當消耗功率超