基于單片機的LVDT位移測量傳感器設(shè)計

0 引言

常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應(yīng)的出現(xiàn)了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學(xué)實驗和應(yīng)用工程的自動化程度得以顯著提高。

本文設(shè)計的電子秤以單片機為主要部件，用匯編語言進行軟件設(shè)計，硬件則以差動變壓器式（LVDT）位移傳感器為主，測量0~10mm.傳感器輸出的電量是模擬量，數(shù)值比較小達不到A/D轉(zhuǎn)換接收的電壓范圍。所以送A/D轉(zhuǎn)換之前要對其進行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果才能送單片機進行數(shù)據(jù)處理并顯示。

1 設(shè)計目的

差動變壓器式（LVDT）位移傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場和測試領(lǐng)域，如過程檢測和自動控制、形變測量等，適用于油污、光照等惡劣環(huán)境。這種傳感器可靠而耐用，但選用它監(jiān)控機械位移量，還需設(shè)計與傳感器配套的測量裝置 研制開發(fā)的位移測量裝置適用于工業(yè)現(xiàn)場和多種測試領(lǐng)域。按照使用的要求，系統(tǒng)可實現(xiàn)：有效量程10mm,精度0.0lmm; LED同時顯示1-4路測量值；零點值重置等功能。 通過本文夫人設(shè)計，達到以下三點：

（1）通過本次課程設(shè)計加深對差動變壓器電感傳感器在工程實踐中的應(yīng)用的了解；

（2）掌握用這種傳感器組成位移測量系統(tǒng)的原理和方法；

（3）進一步掌握這種傳感器的性能特點和工程應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計原理

本系統(tǒng)采用內(nèi)含4KB程序存儲器的8位單片微型計算機89C51,其內(nèi)部4KB程 序存貯器可以滿足本系統(tǒng)的需求，同時可以較大限度地減少外圍器件；按照有效量程和精度，本系統(tǒng)選用國內(nèi)廠家的配套產(chǎn)品 AC-LVDT傳感器；使用四組（每組5個）LED七段數(shù)碼管同時顯示四路測量值；用于過程控制的信號采樣應(yīng)較快，應(yīng)采用較高速的A/D轉(zhuǎn)換器。主程序流程圖、系統(tǒng)原理圖分別如圖1、圖2所示。

圖1主程序流程圖

圖2系統(tǒng)原理圖

3 硬件電路設(shè)計

3.1傳感器的工作原理

差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)差動變壓器隨著被測體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少，將兩只 次級反向串接（同名端連接），就引出差動電勢輸出。利用兩個線圈之間互感的變化引起感應(yīng)電勢的變化，來獲得與被測量成一定函數(shù)關(guān)系的輸出電壓，實現(xiàn)非電量的測量。應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1~100（mm）范圍內(nèi)的機械位移、150HZ

以下的低頻振動、加速度、應(yīng)變、比重、張力、厚度、稱重等一、切能引起機械位移變 化的非電物理量。

圖3測量原理框圖

本次差動變壓器的原理是建立在CSY2000型傳感器實訓(xùn)臺的基礎(chǔ)上的。差動變壓器電感傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、性能優(yōu)越、測量精度高、靈敏度高和價格合理等優(yōu)點。

3.2差動變壓器傳感器安裝

（1）將差動變壓器和測微頭（參照附：測微頭使用）安裝在實驗?zāi)０宓闹Ъ茏?，如下圖4所示。

關(guān)鍵詞： LVDT 位移測量傳感器