一种改进的AD698电感传感器电路

一种改进的AD698电感传感器电路 88传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第12 期 一 种改进的AD698电感传感器电路 应叶均,孔明,周洋 (中国计量学院计量测试工程学院,浙江杭州310018) 摘要:提出了一种改进的AD698电感传感器测量电路,降低AD698芯片的工作功 率,避免AD698芯片 由于长时间工作使芯片过热,引起测量电路的温漂.介绍了AD698电感传感电路 的工作原理,介绍了改 进型电路的,对改进前和改进后的电路进行了测量实验,实验结果表明:改进 后的AD698电感传感电 路在长时间工作状态下几乎没有温度漂移. 关键词:AD698;温度漂移;传感电路;精度 中图分类号:TH721文献标识码:B文章编号:1000-9787(2010)12-0088-02 AnimprovedAD698inductivesensorcircuit YINGYe—j.n,KONGMing,ZHOUYang (CoHegeofMetrologicalTechnology&Engineering,ChinaJiliangUniversity,Hangz hou310018,China) Abstract:AnimprovedinductivesensormeasurementcircuitofAD698isproposed,whichre duceworkpowerof thechipofAD698,avoidingthesituationthatthechipwouldbeoverheatedbecauseoflong— timeoperation,which willcausethetemperaturedriftofnleasurementcircuit.Theprincipleofworkoftheinductanc esensingcircuit basedonAD698,andthedesignofimprovedcircuitareintroduced.Measurementexperimen tofthecircuitbefore andafterimprovemediscarriedout.Theresultsshowthatimprovedinductivesensorcircuitof AD698almosthas notemperaturedriftduringlong—tittleoperation. Keywords:AD698;temperaturedrift;sensingcircuit;precision 0引言 电感位移传感器广泛应用于精密机械加工现场对产品 尺寸进行高精度检测.这种传感器可靠性高,在油污,光照 等恶劣环境下经常用它作为测量和监控位移量的传感 器.随着科技的进步,此类传感器越来越多地应用于 自动测控系统中,通常采用计算机来处理位移信号并进行 控制.这就要设计与传感器配套的传感电路,将电感式位 移传感器输m的交变信号转变为标准的0—5V的直流信 号,供计算机A/D采集. AD698是美国AnalogDevices公司生产的片式线性 位移差分变压器信号调理系统.AD698与电感位移传感器 配合,能高精度和高重复性的把电感位移传感器的机械位 移转换成单极性或双极性的直流电压.AD698具有所有必 不可少的电路功能,只要增加几个外接无源元件来确定激 磁频率和增益,就能把电感位移传感器的次级输出信号按 比例地转换成直流信号. 本文提出了一种改进的AD698电感式传感器测量电 收稿日期:2010-10—19 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60908039) 路,结果表明:改进后的电路在长时间工作状态下几乎没有 温度漂移. 1基于AD698的电感传感器调制电路设计 1.1AD698的工作原理 电感传感器是一种机械一电子传感器,其输入是磁芯的 机械移动,输出是与磁芯位置成正比的交流电压信号.电 感传感器由1个初级线圈和2个次级线圈组成,初级线圈 由外部参考正弦波信号源激励,2个次级线圈反向串联. 活动磁芯的移动可改变初次级线圈之间的耦合磁通,从而 产生2个幅值不同的交流电压信号.串联次级线圈的输出 电压随着磁芯移离中心位置而升高,通过测量输出电压的 相位可以判断磁芯移动的方向. AD698首先驱动电感传感器,然后读出电感传感器的 输出电压并产生1个与磁芯位置成正比的直流电压信号. AD698用1个正弦波函数振荡器和功率放大器来驱动电感 传感器,并用2个同步解调级来对初级和次级电压进行解 码,解码器决定了输出电压与输入驱动电压的比率(A/B). 第12期应叶均,等:一种改进的AD698电感传感器电路89 滤波级和放大器可按比例调整.AD698的输入包括2个独 立的同步解调通道A和B.B通道用来监测驱动电感传感 器的激励信号,A通道的作用与之相同,但是,它的比较器 引脚是单独引出来的.因为在电感传感器处于零位的时 候,A通道可能达到0V,所以,A通道解调器通常由初级电 压(B通道)触发.另外,可能还需要一个相位补偿网络给 A通道增加一个相位超前或滞后量,以此来补偿电感传感 器初级对次级的相位偏移.一旦2个通道信号被解调和滤 波后,再通过一个除法电路来计算比率A/B,除法器的输出 是一个矩形波信号.当A/B等于1时,矩形波的占空比为 100%.输出放大器测量500~A的参考电流并把它转换成 一 个电压值.当f=500A时,其传递函数如下 Vo=,×A/B×R2,(1) 式中...为交流电压输出,,为参考电流,A/B为输出电 压与输入驱动电压的比率,用来设定AD698的增益和满 量程时的输出范围. 1.2改进型AD698电感传感器电路 改进型AD698电感传感器电路如图1所示,主要在输 入和输出端各加入一运算放大器,通过信号多级放大,降低 AD698功耗,从而减少AD698的发热,使AD698能在一个 较低的恒定温度下长时间工作,其外围电路的设计如图1 所示. 图1改进型AI)698电感传感器电路 Fig1AdvancedinductivesensorcircuitAD698 1)C.由激励信号频率决定 C1=35~FHz/fe,..(2) 2)依据激励信号VEXC的电压幅值来决定R. 3)C.,C3和是AD698位置测量系统所带宽 的函数,原则上,它们的电容值应该相等,即 C2=C3=C4=10,FHz/f~b.(3) 4)R用来设定AD698的增益和满量程时的输出范围, 其值 R2=Vo/(S×dx500A).(4) 其中,s为电感传感器的敏感度,它的值可以在生产厂 家手册中查到,单位是V/V/in,其物理意义是每英寸 的位移每伏特的输入对应的电压输出伏特;d为电感传感 器的磁芯从零位到满量程的位移. 5)R3,R可实现正,负输出电压补偿调节.如果不需 要补调,,应被开路,其阻值可由下述公式推算得出 vo=1.2VxR2x{[1/(十2kQ)一 1/(Re+2kn)]}.(5) 其中,为正负输出电压补偿值. 6)R5+?,(电压差)/100A. 7)R5上的压降必须大于2+10kQ[1.2V/(R+2kCt)+ 250A+/4R.}V,以此可推算出R的阻值.再根据 第(6)条的限制选择一个中间值. 8)C是旁路电容器,其值在0.1—1之间. 2电路性能测试 实验研究电感传感电路的长时间测量稳定性,实验采 用万能工具显微镜作为计长基准,改进前和改进后的2种 电感传感电路在刚启动和启动一段时间达到一恒定温度 2种状态下进行测试. 测试结果如图2,图3所示.从图中可以看出:改进前 后的电感传感电路都能线性地反映位移量,当位移增加时, 输出的电压值也相应增加.对比改进前后的电感传感电路 测量结果,改进前的电路在长时间工作的情况下,其前后测 量结果偏差较大,且其均值总体往正向有较大的偏移,而改 进后的电路在长时间工作的情况下,其前后测量结果偏差 较小. > { Fig 》 董 晷 丑删 嚣 窿 j星 位移/tLm 图2位移和电压曲线图 2RelationcurveofdisplacementPSvoltage 位移/"m 图3改进前后两次测量的偏差曲线图 Fig3Deviationcurveofmeasurementbeforeandafter improvement (下转第92页) 传感器与微系统第29卷 31 3.0 言z.脚28 霆:, 26 2.5 压力/mmHg 图5压力与输出电压的关系曲线 Fig5Relationcurveofpvsut 动态范围内,线性度也比较理想,因此,适合于人体脉搏测 量.利用Matlab拟合出了压力P与输出电压关系曲线, 其线性方程为 =2.97-0.001lP.(6) 通过信号调理电路的高通滤波器,滤除直流电平成分 后,得到交流信号部分 V=-0.0011P.(7) 传感器的灵敏度S为 5l华l_0.o011.(8)l叩l 脉搏压力传感器的灵敏度为1100~V/mmHg. 3.2脉搏信号测试 脉搏测试时,将脉搏传感器固定在血压计充气气囊上 面,通过对气囊充气模拟手指把脉运力.气压传感器可以 测试气压大小,调整气压可以模拟中医切脉时手指加在受 试者动脉上的举,按,寻的过程,这样可以得到更加丰富的 脉象信息.图6是采用示波器测试的一志愿者的脉搏信号 波形图,脉搏信号波形比较清晰,稳定,一致性好,脉搏波主 峰回落时有小的峰(回波),与中医理论相一致.由图6 可知,脉搏波周期大约为1S,即心率为60左右,与血压计测 出来的心率为62基本一致,因此,验证了传感器的可行性. 之 删 心 迎里 鞍 鸶 时l司/s 图6脉搏信号测试图 Fig6Testingdiagramofpulsesignal 4结束语 随着中医的普及,中医把脉的重要性日益突出,但单部 脉搏传感器存在固有缺陷,因此,研制多部脉搏传感器非常 重要,本文提出的多部脉搏压力传感器线性度,一致性好, 灵敏度高,传感器尺寸小,价格低廉,工艺简单.通过实验验 证:该传感器获取的脉搏波与中医理论相一致,效果好;并且 能够实现多部脉搏信号同步采集,与单部脉搏传感器相比, 获取的信息量更为丰富,为中医的脉搏诊断提供了依据. 参考文献: [1]燕海霞,于忆勤,李福凤.中医脉象传感器的研究进展[J].上 海中医药大学,2005,3(19):102-104. 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