專利名稱：檢測位移傳感器lvdt斷線的模擬電路及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制系統(tǒng)中一種檢測位移傳感器LVDT斷線的方法，具體應(yīng)用于 一些可靠性要求較高的工業(yè)控制系統(tǒng)位置測量如數(shù)字式電氣液壓控制系統(tǒng)(DEH)的液位 測量中，屬于電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LVDT (Linear Variable Differential Transformer)是線性可變差動變壓器縮 寫。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器。它由一個初級線圈，兩個次級線圈，鐵芯，線圈 骨架，外殼等部件組成。當(dāng)鐵芯由中間向兩邊移動時，次級兩個線圈輸出電壓之差與鐵芯移 動成線性關(guān)系。LVDT在很多工業(yè)控制系統(tǒng)中主要用于測量直線上的位置信號。如在數(shù)字式 電氣液壓控制系統(tǒng)(DEH)中，LVDT是油動機行程的實時反饋系統(tǒng)，伺服放大器通過它的反 饋信號和主控單元的指令進行比較從而調(diào)整輸出信號，實現(xiàn)對油動機的穩(wěn)定快速控制。
LVDT的可動元件是一個具透磁性的管狀鐵芯，此鐵芯可以在中空成型的線圈內(nèi)自 由移動，并和欲測量位置的物體結(jié)合在一起。在使用時，將一定頻率的交流電加在LVDT初 級線圈上，也就是所謂的初級激磁。LVDT的輸出信號就是兩組次級線圈之間的交流電壓差， 此電壓差會隨著鐵芯在線圈內(nèi)的位置而改變，且電壓差的改變與鐵芯在線圈內(nèi)的位置成線 性關(guān)系。因此，通過測量電壓差，然后經(jīng)過一定的計算就可以獲得鐵芯的位置。
LVDT常用方式是配合LVDT變送器或?qū)Ｓ脺y量芯片AD598等使用。LVDT變送器具 有信號調(diào)理模擬電路，通過將LVDT輸出的兩個線圈輸出電壓之差信號轉(zhuǎn)換成電信號，將位 移信號轉(zhuǎn)換成常用的熱工直流4-20mA電流或直流0-5V電壓等信號輸出再測量使用。專用 的AD598等專用芯片內(nèi)部將位置信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出再測量使用。 但是，這兩種方法由于現(xiàn)有模擬電路轉(zhuǎn)換方式的局限，不具備斷線檢測功能，在接 線故障或LVDT故障時，無法正確及時判別信號故障情況。在一些可靠性要求較高的應(yīng)用場 合比如DEH系統(tǒng)液位測量等，當(dāng)信號斷線時又無法及時準(zhǔn)確判別會造成很大的故障隱患。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測位移傳感器LVDT斷線的模擬電路及 其檢測方法，達到可以及時有效檢測LVDT正常信號、斷線狀態(tài)及斷線組合方式的目的。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn) —種檢測位移傳感器LVDT斷線的模擬電路，包括位移傳感器LVDT，所述位移傳感
器LVDT的初級線圈與激勵信號源相連，其特征在于位移傳感器LVDT的次級線圈的輸出端
分別與一測試信號相連，并分別通過濾波整流電路與一多路選擇開關(guān)相連，預(yù)先約定的不
同組別組合、在LVDT斷線時輸出的斷線電壓同時接入多路選擇開關(guān)；LVDT的次級線圈的兩
個輸出端電壓分別與一組比較電壓兩兩組合接入各比較器，各比較器通過邏輯或運算器接
入到多路選擇開關(guān)的輸出控制端，多路選擇開關(guān)同時與伺服放大器相連。
—種檢測位移傳感器LVDT斷線的方法，其特征在于包括以下步驟
1)對LVDT初級線圈提供一定頻率的激勵，在LVDT兩個次級線圈輸出部分分別疊
加測試信號，所述測試信號可為以下兩種信號之一 a)大于LVDT次級線圈正常輸出最大電壓； b)小于LVDT次級線圈正常輸出最小電壓并且不等于0 ; 2)正常工作時，LVDT兩個次級線圈輸出均為正常值，該值介于LVDT正常輸出最大
值和最小值之間。當(dāng)LVDT的初級或次級發(fā)生斷線或故障時，兩個次級線圈就會輸出相應(yīng)的
零值或疊加信號的非正常值。兩路次級電壓信號進行濾波整流，獲得電壓差并通過整流放
大得到對應(yīng)的直流輸出信號的同時，將兩路次級電壓信號分別與一組預(yù)先設(shè)定好的比較電
壓通過比較器進行比較，所述比較信號為以下兩種信號 a)比較信號1應(yīng)介于正常信號與疊加信號之間； b)比較信號2應(yīng)介于正常信號和疊加信號中較小者與0之間； 3)得到的比較結(jié)果根據(jù)與激勵信號、兩組次級線圈信號共3組信號的不同組合的
斷線信號的對應(yīng)方式搭建組合邏輯電路，邏輯運算后控制多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)的
一路接直流輸出信號，另一路接預(yù)先約定好的不同組別斷線信號，同時多路選擇開關(guān)的輸
出信號經(jīng)伺服放大器輸出，當(dāng)LVDT正常工作時，多路選擇開關(guān)允許直流輸出信號輸出；當(dāng)
發(fā)生斷線時，不同組別斷線信號會使比較器得到不同的結(jié)果，并通過組合邏輯可得出不同
的選通信號，根據(jù)斷線組合方式選通開關(guān)給出不同的斷線信號輸出?？梢酝ㄟ^判斷輸出信
號是否等于各組合方式的斷線信號獲得斷線及其組合方式狀態(tài)，所述斷線信號應(yīng)設(shè)置在測
量信號的范圍之外，并且不同組合方式設(shè)置不同的斷線信號。 前述的檢測位移傳感器LVDT斷線的方法，其特征在于在所述步驟3)中， 31)當(dāng)Vcmpl < VA < V卿2，V卿1 < VB < V卿2時，判斷為LVDT的各個接線端
接線正常，無斷線發(fā)生，LVDT工作正常； 32)當(dāng)Vcmpl < VA < Vcmp2， Vcmp2 < VB時，則僅b組次級線圈斷線； 33)當(dāng)Vcmp2 < VA， Vcmpl < VB < Vcmp2時，則僅a組次級線圈斷線； 34)當(dāng)Vcmp2 < VA， Vcmp2 < VB時，可能有兩種情況a) a組次級線圈和b組次級
線圈同時斷線；b)激勵信號、a組次級線圈和b組次級線圈3組信號同時斷線； 35)當(dāng)Vcmp2 < VA， VB < Vcmpl時，則激勵與a組次級線圈同時斷線； 36)當(dāng)VA < Vcmpl， Vcmp2 < VB時，則激勵與b組次級線圈同時斷線； 37)當(dāng)VA < Vcmpl， VB < Vcmpl時，則a組、b組次級線圈同時斷線， 其中，VA、VB為LVDT兩次級線圈的輸出電壓；Vcmpl、 Vcmp2為比較電壓。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明提出一種檢測位移傳感器LVDT斷線輸出的解決方案，
只需要通過硬件電路就可以直接實現(xiàn)對斷線狀態(tài)的檢測，方法簡單可靠。
圖1是LVDT的測量原理圖； 圖2是常用的LVDT變送器的測量原理圖； 圖3是本發(fā)明的檢測位移 感器LVDT斷線的模擬電路的測量原理圖。
具體實施例方式
圖1說明了 LVDT測量原理。將一定頻率的交流電加在LVDT初級線圈P上，當(dāng)LVDT 鐵芯發(fā)生移動時，次級兩個線圈的輸出電壓差與鐵芯的位移成線性關(guān)系。當(dāng)鐵芯處在次級 繞組S1、S2的中間時，E1 二E2，輸出電壓為0。鐵芯向SI方向移動時，E1 〉E2;當(dāng)鐵芯向 S2移動時，E2 > El。因此，可以根據(jù)輸出電壓和鐵芯位移的線性關(guān)系對輸出電壓進行采集 和換算從而得到鐵芯的位移量。 圖2說明了常用的LVDT變送器的測量原理，該LVDT測量電路也可直接使用LVDT 信號調(diào)節(jié)系A(chǔ)D598替代。OSC為一定頻率的激勵信號，通過伺服放大器AMP的處理將該交流 電施加在LVDT的初級線圈上。鐵芯位于初級線圈和次級兩個線圈之間，次級兩個線圈的一 端都接地。當(dāng)鐵芯發(fā)生位移時，次級兩個線圈通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生輸出電壓Va，Vb，從而獲得 一個輸出電壓差(Va-Vb)/(Va+Vb)。輸出電壓差通過FILTER進行一定的濾波整流轉(zhuǎn)換成 直流信號再通過伺服放大器AMP產(chǎn)生4-20mA電流或0_5V電壓的輸出信號Vout。通過測 量Vout然后進行相應(yīng)的線性轉(zhuǎn)換即可得到鐵芯的位移量。采用此方式測量無法區(qū)分?jǐn)嗑€ 與正常信號。 圖3說明了檢測位移傳感器LVDT斷線的模擬電路的測量原理圖。即在次級線圈輸 出電壓Va， Vb上疊加一個檢測信號Vf ，由Va， Vb通過FILTER進行一定的濾波整流轉(zhuǎn)換成 直流信號并獲得一個輸出電壓差(VA-VB) / (VA+VB)，接到多路選擇開關(guān)Switch上。Switch
的另一組輸入為Vcutoffl， Vcutoff2，......Vcutoffn(n = 1，2，......7)。 Vcutoffl，
Vcutoff2，......Vcutoffn為預(yù)先約定的不同組別組合LVDT斷線時輸出的斷線電壓，它們
的值不在LVDT正常測量輸出電壓范圍內(nèi)且互不相等。同時，VA，VB分別通過比較器與一組 比較電壓Vcmpl， Vcmp2進行比較，比較的結(jié)果通過邏輯或運算輸出到Switch的輸出控制 端。以Vf大于LVDT次級線圈正常輸出最大電壓為例，比較信號1 (Vcmpl)大于LVDT次級 線圈正常輸出最大電壓小于Vf ，比較信號2 (Vcmp2)小于LVDT次級線圈正常輸出最大電壓 大于0。則邏輯為 1)當(dāng)Vcmpl < VA < Vcmp2， Vcmpl < VB < Vcmp2時，說明LVDT的各個接線端接 線正常，無斷線發(fā)生，LVDT工作正常； 2)當(dāng)Vcmpl < VA < Vcmp2， Vcmp2 < VB時，則僅b組次級線圈斷線； 3)當(dāng)Vcmp2 < VA， Vcmpl < VB < Vcmp2時，則僅a組次級線圈斷線； 4)當(dāng)Vcmp2 < VA， Vcmp2 < VB時，可能有兩種情況a) a組次級線圈和b組次級線
圈同時斷線；b)激勵與a組次級線圈和b組次級線圈3組信號同時。這種情況下無法再判斷
激勵的狀態(tài)，需人工排除a組次級線圈或b組次級線圈任一或兩個故障才能判斷激勵狀態(tài)； 5)當(dāng)Vcmp2 < VA， VB < Vcmpl時，則激勵與a組次級線圈同時斷線； 6)當(dāng)VA < Vcmpl， Vcmp2 < VB時，則激勵與b組次級線圈同時斷線； 7)當(dāng)VA < Vcmpl， VB < Vcmpl時，則a組、b組次級線圈同時斷線。 比較器輸出通過組合邏輯運算后控制多路選擇開關(guān)，通過FILTER處理后的對
應(yīng)狀態(tài)的直流信號被選通，該直流信號經(jīng)伺服放大器放大后輸出。當(dāng)正常工作未斷線
時，位移信號對應(yīng)線性電壓被選通輸出；LVDT發(fā)生斷線時，預(yù)先約定的對應(yīng)該組別組合的
Vcutoffn (n = 0， 1......7)被選通，它經(jīng)伺服放大器放大后輸出。因此使用者可以通過判
斷輸出值判斷LVDT是否斷線，并在斷線時根據(jù)輸出等于何種組別對應(yīng)的Vcutoffn來判斷LVDT斷線的組別組合方式。 以上僅以最佳實施例對本發(fā)明做進一步的說明，然其并非對本發(fā)明的限定，本發(fā) 明的保護范圍以表示在權(quán)利要求的內(nèi)容為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種檢測位移傳感器LVDT斷線的模擬電路，包括位移傳感器LVDT，所述位移傳感器LVDT的初級線圈與激勵信號源相連，其特征在于位移傳感器LVDT的次級線圈的輸出端分別與一測試信號相連，并分別通過濾波整流電路與一多路選擇開關(guān)相連，預(yù)先約定的不同組別組合、在LVDT斷線時輸出的斷線電壓同時接入多路選擇開關(guān)；LVDT的次級線圈的兩個輸出端電壓分別與一組比較電壓兩兩組合接入各比較器，各比較器通過邏輯或運算器接入到多路選擇開關(guān)的輸出控制端，多路選擇開關(guān)同時與伺服放大器相連。
2. —種檢測位移傳感器LVDT斷線的方法，其特征在于，包括以下步驟1) 對LVDT初級線圈提供一定頻率的激勵，在LVDT兩個次級線圈輸出部分分別疊加測 試信號，所述測試信號為以下兩種信號之一a) 大于LVDT次級線圈正常輸出最大電壓；b) 小于LVDT次級線圈正常輸出最小電壓并且不等于0 ;2) 對兩路次級電壓信號進行濾波整流，獲得電壓差并通過整流放大得到對應(yīng)的直流輸 出信號的同時，將LVDT兩路次級線圈輸出電壓分別與一組預(yù)先設(shè)定的比較電壓通過比較 器進行比較，所述比較信號為以下兩種信號a) 比較信號1介于正常信號與疊加信號之間；b) 比較信號2介于正常信號和疊加信號中較小者與0之間；3) 得到的比較結(jié)果根據(jù)與激勵信號、兩組次級線圈信號共3組信號的不同組合的斷線 信號的對應(yīng)方式搭建組合邏輯電路，邏輯運算后控制多路選擇開關(guān)，多路選擇開關(guān)的一路 接直流輸出信號，另一路接預(yù)先約定的不同組別斷線信號，同時多路選擇開關(guān)的輸出信號 經(jīng)伺服放大器輸出，通過判斷輸出信號是否等于各組合方式的斷線信號可獲得斷線及其組 合方式狀態(tài)，所述斷線信號設(shè)置在測量信號的范圍之外，并且不同組合方式設(shè)置不同的斷 線信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種檢測位移傳感器LVDT斷線的模擬電路，包括位移傳感器LVDT，所述位移傳感器LVDT的初級線圈與激勵信號源相連，其特征在于位移傳感器LVDT的次級線圈的輸出端分別與一測試信號相連，并分別通過濾波整流電路與一多路選擇開關(guān)相連，預(yù)先約定的不同組別組合、在LVDT斷線時輸出的斷線電壓同時接入多路選擇開關(guān)；LVDT的次級線圈的兩個輸出端電壓分別與一組比較電壓組合接入各比較器，各比較器通過邏輯或運算器接入到多路選擇開關(guān)的輸出控制端，多路選擇開關(guān)同時與伺服放大器相連。本發(fā)明只需要通過硬件電路就可以直接實現(xiàn)對斷線狀態(tài)的檢測，方法簡單可靠。
文檔編號G01B7/02GK101769709SQ20091026413
公開日2010年7月7日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者王丹麟 申請人:國電南京自動化股份有限公司