陆小飞+孙海燕
摘 要：该文介绍了一种以新唐M451微控制器为核心的LVDT位移测量仪。测量仪的信号调理电路采用ADA2200同步解调技术，将LVDT传感器的位移信息转换为对应的直流电压，单片机M451读取ADS1232的模数转换结果并驱动LCD将位移信息显示在液晶屏幕上。该位移测量仪具有线性度高、误差小、抗干扰能力强等特点。
关键词：LVDT 信号调理 锁相放大器 同步解调
中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0062-02
LVDT是一种可以输出位移信息的传感器，内部由一个初级线圈、两个次级线圈、一个可自由移动的铁芯以及线圈骨架、外壳等部件构成。LVDT工作原理可以等效为一个铁芯可动的变压器，在初级线圈加一个固定频率的激励信号，当铁芯位于两个次级线圈中心位置时，次级线圈感应的电压相等，两个次级线圈的电压差是零；当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出电压差与铁芯位移成线性关系。由于可移动铁芯和线圈不需直接接触，LVDT一般可以用于比较严酷的工作环境[1]。
1 信号调理电路的设计
LVDT信号调理电路的基本工作方框图如图1所示。其中ADA2200是一款采用同步解调器和可调谐滤波器，可以在噪声干扰幅度大于信号幅度的情况下实现小信号测量的芯片[2]。ADA2200的激励信号频率可通过SPI编程来设定，输出的激励信号RCLK用来控制电子开关ADG794，产生固定频率的方波信号驱动LVDT的初级线圈。LVDT次级线圈输出电压的频率与激励信号相同，幅度与可移动铁芯的位置有关。ADA2200采用内部的锁相放大器及可编程滤波器将这个与位移相关的特定频率信号转变为一个与铁芯位移成比例的直流电压。电路中C7、R9、和R10等元件可降低输出线圈的Q值，使电路不容易受LVDT输出线圈电感和电阻的变化影响。R7、C9和R8、C8组成RC滤波器可以进一步滤除外部干扰信号，经过滤波后的信号进入模数转换器ADS1232。
2 整体电路设计
LVDT测量仪整体系统框图如图2所示。主要由前级信号调理电路、模数转换器、主控单片机、液晶显示器、按键、调试下载接口以及供电电源等部分构成。
2.1 主控制芯片
主控制芯片采用的是新唐M451MLC3AE微控制器。该系统中，M451用于设置ADA2200、ADS1232的工作状态，同时读取模数转换器ADS1232输出的与LVDT位移成线性关系的数字信号，再通过内部数据转换计算后在液晶显示器1602A上直接显示位移值。
2.2 数模转换器
模数转换器采用的是TI公司的ADS1232，该ADC是一款高度集成的24 bit delta-sigma模数转换器，可用于低电平、高精度测量，特别是广泛用于衡量器应用。此ADC由一个低漂移、低噪声的仪表放大器和一个数字滤波器组成。内部放大器的增益可设置为1、2、64、128，ADS1232输出数据率可以设置为10 SPS或80 SPS，10 SPS时可以同时抑制50 Hz及60 Hz频率的干扰信号，该系统中输出数据率设置为10 SPS。
3 系统测试
为验证位移测量仪的工作情况，采用标定仪对设计的电路进行测试，LVDT传感器采用RDP公司的ACT1000。通过转动标定仪中的千分尺，LVDT会产生相同的位移变化。记录千分尺的位移数值，同时读取LCD显示的位移值可对位移测量仪做验证。
4 结语
文章根据实际工作需要，研制完成了基于新唐M451微控制器的位移测量仪，并对电路进行了测量验证。实测表明M451配合ADA2200在采用同步解调的方法处理LVDT位移信号方面具备一定的优势，可极大地简化电路设计。检测电路精度高、抗干扰能力强，具备一定的应用推广价值。
参考文献
[1]The LVDT：construction and principles of operation[EB/OL].http：//www.meas-spec.com.
[2]Synchronous Demodulator and Configurable Analog Filter[EB/OL].http：//www.analog.com.
