傳感器應用技術第3章-資料下載頁

　　

【正文】 與電容器的并聯電路 。 當 LC諧振頻率等于晶振頻率時輸出電壓幅度最大 ， 偏離時輸出電壓幅度隨之減小 ， 是一種調幅波 。 該調幅信號經高頻放大 、 檢波 、 濾波后輸出與被測量相應變化的直流電壓信號 。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 323 CZF1型電渦流式傳感器測量電路框圖 第 3章 無源型位移傳感器 電渦流式傳感器的使用注意事項 1. 電渦流軸向貫穿深度的影響 電渦流的軸向貫穿深度是指渦流密度衰減到等于表面渦流密度的 1/e處時與導體表面的距離。渦流在金屬導體中的軸向分布是按指數規律衰減的，衰減深度 t可以表示為 ft πr0 ???? （ 323） 式中， ρ 為導體電阻率； f為勵磁電源的頻率。 第 3章 無源型位移傳感器 為充分利用電渦流以獲得準確的測量效果 ， 使用時應注 （ 1） 導體厚度的選擇：利用電渦流式傳感器測距離時 ， 應使導體的厚度遠大于電渦流的軸向貫穿深度；采用透射法測厚度時 ， 應使導體的厚度小于軸向貫穿深度 。 （ 2） 勵磁電源頻率的選擇： 導體材料確定之后， 可以通過改變勵磁電源頻率來改變軸向貫穿深度。 電阻率大的材料應選用較高的勵磁頻率， 電阻率小的材料應選用較低的勵磁頻率。 第 3章 無源型位移傳感器 2. 電渦流的徑向形成范圍 線圈電流所產生的磁場不能涉及到無限大的范圍， 電渦流密度也有一定的徑向形成范圍。在線圈軸線附近， 電渦流的密度非常小，愈靠近線圈的外徑處， 電渦流的密度愈大，在等于線圈外徑 ，電渦流密度將衰減到最大值的 5％。為了充分利用渦流效應，被測金屬導體的橫向尺寸應大于線圈外徑的； 對圓柱形被測物體，其直徑應大于線圈外徑的 。 第 3章 無源型位移傳感器 3. 電渦流強度與距離的關系 電渦流強度隨著距離與線圈外徑比值的增加而減少 , 當線圈與導體之間的距離大于線圈半徑時 ， 電渦流強度已經很微弱 。 為了能夠產生相當強度的電渦流效應 ， 通常取距離與線圈外徑的比值為 ～ 。 4. 非被測金屬物的影響 由于任何金屬物體接近高頻交流線圈時都會產生渦流， 為了保證測量精度，測量時應禁止其他金屬物體接近傳感器線圈。 第 3章 無源型位移傳感器 相 敏 檢 波 調制與解調的概念 調制是利用直流或低頻信號來控制高頻振蕩的過程。 原始的低頻控制信號稱為調制信號。 受控的高頻振蕩信號稱為載波信號。 經過調制后的信號稱為已調信號。 載波信號的振幅、 頻率和相位都可受調制信號的控制， 相應的調制分別稱為調幅（ AM）、調頻（ FM）和調相（ PM）。一般載波頻率應大于調制信號頻率的 10倍以上， 通常取 20 第 3章 無源型位移傳感器 解調是從已調信號中取出 （ 恢復 ） 原始信號 （ 調制信號 ）的過程 。 與調制相對應 ， 有鑒幅 （ 檢波 ） 、 鑒頻和鑒相 。 如前面所講的交流電橋，傳感器參數的變化為調制信號， 電橋的供電電源為載波信號，輸出為調幅信號。 由電感、 電容、 電渦流式傳感器構成的諧振電路，當 LC諧振電路作信號源的負載時， 則輸出調幅信號； 當 LC諧振電路作信號源的振蕩回路時， 則輸出調頻信號。 因此， 信號在經過交流放大后都需要接入相應的解調電路： 檢波電路、 鑒頻電路或鑒相電路。 第 3章 無源型位移傳感器 交流電橋的調幅作用 用交流電源激勵的交流電橋輸出信號是一個頻率和相位與激勵源相同 ， 幅度受橋臂變化信號調制的雙邊帶調幅波 。 如圖 324所示，設橋臂變化信號為 ΔR=R（ t）， 激勵電源電壓為 ui=uimcos(ωt+φ)， 則電橋輸出電壓為 uo=KR（ t） uimcos(ωt+φ)=uomcos(ωt+φ) 式中， K為接法系數。當 R1=R2=R3=R4時， 半橋單臂接法 K=1/（ 4R0），半橋差動接法 K=1/（ 2R0），全橋接法 K=1/R0；uom=KuimR（ t），為輸出電壓幅值。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 324 交流電橋的調幅特性 第 3章 無源型位移傳感器 相敏檢波電路 1. 二極管相敏檢波電路 圖 325為二極管相敏檢波電路的一般形式。 它由四個二極管順向串聯成一個閉合回路， 四個端點分別接變壓器 T T2的二次側。 T T2均有中心抽頭，輸出檢波后的信號接至負載。 T1的一次側輸入調幅波 ui， T2的一次側輸入參考電壓 ur， ur 可直接取自載波，它與 ui頻率相同，相位相同或相反，比 ui幅度大3～ 5倍。變壓器的極性標定如圖中所示。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 325 二極管相敏檢波電路的一般形式 第 3章 無源型位移傳感器 （ 1） 當調制信號為正時 ， ui與載波相位相同 ， 故 ur與 ui相位也相同 。 ① 在 ui的正半周時 ， ur給二極管 VD VD4正向偏置使之導通 ， 給 VD VD2反向偏置使之截止 。 輸入調幅信號 ui經 T1二次側的下半邊輸出 uy/2并經 VD T2二次側的右半邊和電流表構成回路 ， 電流方向為上正下負 ， 并設其為正方向 。 ② 在 ui的負半周時， ur使 VD VD4截止， VD VD2導通。 輸入調幅信號 ui經 T1二次側的上半邊輸出 uy/2并經 VD T2二次側的左半邊和電流表構成回路，電流方向為正。 第 3章 無源型位移傳感器 （ 2） 當調制信號為負時 ， ui與載波相位相反 ， 故 ur與 ui相位也相反 。 ① 在 ui的正半周時 ， ur為負 ， 電流經 T1二次側的上半邊 、 VD T2二次側的右半邊 ， 方向為負 。 ② 在 ui的負半周時， ur為正，電流經 T1二次側的下半邊、 VD T2二次側的左半邊， 方向為負。 第 3章 無源型位移傳感器 2. 相敏檢波的特點 綜上所述 ， 相敏檢波器是對調幅信號與參考信號間相位敏感的檢波器 ， （ 1） 相敏檢波輸出信號的極性與調制信號極性相同 ， 即能識別方向 。 （ 2） 相敏檢波輸出信號的幅值與調制信號的幅值相同 ， 即能表示被測值 。 （ 3） 相敏檢波輸出信號的頻率等于載波頻率的二倍。 因此， 只要在相敏檢波后加入適當的低通濾波器， 便可得到調制波信號。 如果測量裝置頻率響應較低， 如磁電式電流表， 也可不加濾波器。 第 3章 無源型位移傳感器 3. 運算放大器組成的相敏檢波電路 用運算放大器組成的差動變壓器的相敏檢波電路如圖 326所示 ， 它由運算放大器 （ A A A A4） 、 振蕩器 OSC、 反相器 A5和四個二極管組成 。 差動變壓器輸出電壓經 A1放大加于A2的反相端和 A3的同相端 ， 振蕩器信號加于 A3的反相端并經反相加于 A2的同相端 。 當差動變壓器輸出信號與振蕩器信號同相時 ， A3輸出大于 A2輸出 ， 經 A4放大輸出正相位； 相位相反時輸出相位也相反 。 振蕩信號經 A4放大輸出相互抵消 。 因此 ， 經 A4只放大輸出差動變壓器的輸出信號 。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 326 運算放大器組成的相敏檢波電路 第 3章 無源型位移傳感器 4. 集成模擬乘法器相敏檢波電路 圖 327為用集成模擬乘法器 LM1496實現相敏檢波的電路 。該電路的工作電壓為 30 V， 常用 177。 9 V；信號輸入端最大電壓為 177。 5 V；載波輸入端為 5 V； 偏置電流為 12 mA。 第 3章 無源型位移傳感器 圖 327 用集成模擬乘法器 LM1496實現相敏檢波的電路