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如何提高电感传感器测量的灵敏度?_dafa娱乐场网页版

发布时间:2021-01-21    来源:dafa娱乐场网页版49575

【dafa娱乐场网页版】电感式偏移传感器广泛应用于小偏移的检测,但在一些项目中,现有传感器的测量精度和灵敏度几乎被拒绝。为了解决这个问题,对传感器前级的信号处理电路进行了改进。传感器的上下线圈与电容并联,形成一个LC电路。利用LC电路的谐振效应来改善电路的性能,提高信号源的灵敏度。

利用Multisim软件对不同电容并联的半桥和全桥电路的性能进行建模,然后利用Matlab对分解曲线进行两次以上的扩展,比较适合电路性能的电容值和并联方式。结果表明,灵敏度可以在稍有线性损失的情况下加倍。电感偏移传感器的本质是将敏感元件的变化转化为电压幅度的变化,以扩大测量范围。

它广泛应用于检测小偏移的检测系统中,从而抑制了电感传感器的测量精度和灵敏度。感应式偏移传感器的灵敏度是指输入电压增量与侧头偏移增量之比。

在其他条件完全相同的情况下,提高灵敏度可以提高系统的分辨率和精度。提高电感式传感器灵敏度的方法有很多,但目前主要是通过改进电感式传感器的信号调理电路来构建。本文试图通过谐振电路对传感器的输入信号进行变换,从信号源上降低传感器的灵敏度。

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这种方法相当于对传感器本身进行改进,使其能够与传感器激励源、输入信号处理、计算机软件补偿等其他改进技术兼容。共同提高整个系统的性能。

1.改进电路的模型创建1.1半桥改进电路如果C1和C2不是普通的半桥电路,电感传感器的等效电路在申远的框架中,传感器探头的偏移导致螺线管中的铁芯上下移动,从而改变上下线圈的电感值。这两个线圈相当于纯电阻和电感的串联,如图,R1和L1构成上线圈,R2和L2构成下线圈,输入端连接到上线圈。

在实际的传感器中,线圈和输入之间的连接将被反转,电感将仅通过移动铁芯来改变,因此R1和R2是相同和恒定的。在输入电压与上下线圈中的电容器C1和C2并联后,分别形成谐振电路1和电路2。如果铁芯在底部:电路二谐振,电路一失谐。

铁芯在上面,电路一谐振,电路二失谐。谐振电路在谐振期间的电阻不会比失谐期间的电阻大很多。可以定性地得出结论,当铁芯在底部时,Uout的幅度不会小于没有电容时的幅度,当铁芯在顶部时,Uout的幅度会大于没有电容时的幅度,因此灵敏度不会降低。

但是,底部和顶部之间的变化及其线性度必须通过后面的建模来确认。输入电压1.2全桥改进电路通用全桥电路图2(a),传感器的上下线圈分别与给定的电阻R3和R4相连,当L1=L2时电桥平衡,当X的偏移再次向下发生时,去掉铁芯,L1减小L,L2增大L,Uout的变化将比半桥模式减小近两倍。输入功率的上部和下部线圈分别使用并联和串联电容器C1和C2来形成谐振电路。

输入电压2。电路建模2.1建模平台和建模条件建模平台用于Multisim,Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司销售的基于Windows的建模工具,仅限于板级仿真/数字电路板设计。

它包括电路原理图的图形输出和电路硬件描述语言的输出方式,具有可观的构件库、综合仪器库和丰富的建模分析能力。用它对改进前后的电路进行建模。在建模之前,根据项目的实际情况对建模条件进行了一些原创性的工作:(1)励磁电源:交流,频率为7.5千赫,峰平比 然而,对应的纯电感L1和L2不随偏移线变化,并且符合L1L2=10mH(3L17,3L27)。

2.2建模过程及结果对于半桥中的电路二,由于L1和L2的变化范围为3 ~ 7mh,预计铁芯在底部时电路二会谐振,铁芯在顶部时电路一会谐振。当L2 7mH时电路二产生共振,当L1 7mH时电路一产生共振。

根据建模条件,计算出C1=C2=65nF。可采取C1=C2修改建模,从55 ~ 100 NF区间5nF到65nF附近进行建模,仔细观察电路性能。

建模结果如图3右图所示。可以看出,不同的电容值对电路的性能有很大的影响。如果自由选择不合理,系统性能不会提高。

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只有自由选择具有必要电容的电容,才能提高测量灵敏度,并使线性误差尽可能小。因此,当所选曲线在L1=3 ~ 7mh时,灵敏度最低,线性度最差,展开大于平方计算。与普通半桥相比,如图4右图所示。

通过Matlab计算得出,普通半桥在3 ~ 7 MH,电压在1.5 ~ 3.5v之间变化,电压对电感的灵敏度为0.5 V/MH。线性度约为1。

采用图4(b)中大于平方的数值直线后,输入电压在3.8 ~ 6.3 MH周期内的变化范围为0.77 ~ 4.39 v。线性度平均为2.39%,灵敏度为1.448 v/MH。

全桥电路的建模类似于半桥电路的建模。必须注意的是,当L1=L2=5mL时,电桥预期是平衡的,因此必须根据建模条件计算给定电阻的选择。对于电路I:R3=R4=| jw 0.005 R1 |=237;电路二:R3=R4=|(jwl R1)(1/jwc1)|=817;电路三:R3=R4=| jwlr1 (1/jwc1) |=98。对于用于电容的电路,对不同电容值的电路进行一定程度的建模,通过投票决定最差的性能,如图5右图所示。

常见的全桥在3.8 ~ 6.3 MH范围内,电压在-1.2 ~ 1.3 V之间变化,电压对电感的灵敏度为1 V/MH。线性度约为1.38。

如图5(b)和图5(c)所示,用于Matlab扩展,并联模式输入电压在-2.66 V到2.66 V之间变化,灵敏度为2.130 V/MH,平均线性度为1.68%。串联模式输入电压范围约为-1.25 ~ 1.25 V,灵敏度约为2.130 V/MH,平均线性度为1.33%。3.分析与结论右图显示了各电路的灵敏度和线性度,可以在线性度损失较小的情况下提高灵敏度。

虽然半桥的灵敏度提高了近200%,但英雄牺牲的线性度很小。串联电容的灵敏度完全没有降低。

性能最差的是并联电容的全桥电路。灵敏度提高了113%,线性损失更小,仅比原方案低21.7%。

此外,在实际应用中,线性度的严重不足可以通过软件补偿和提前校准来弥补。根据理论分析和建模结果,在确定激励源和电感传感器参数的情况下,通过计算可以得到合理的电容值。当电容与传感器的两个线圈并联时,测量的灵敏度不会明显提高,线性度仍然可以保持,从而超过了提高电感传感器性能和分辨率的目的。

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