LVDT输入输出特性的模拟装置、模拟方法及模拟组件

摘要

本发明涉及LVDT输入输出特性的模拟装置、模拟方法及模拟组件，包括模拟算法单元及模拟电路单元，模拟算法单元包括工控机，工控机包括模拟输出卡及软件算法，模拟电路单元包括第一乘法器、第二乘法器、第一运算放大器及第二运算放大器；模拟输出卡的模拟量信号V1与第一乘法器的输入端连接，另一路模拟量信号V2与第二乘法器的输入端连接，交流激磁电源接入第一乘法器及第二乘法器作为激励。本发明通过模拟电路方式与软件编程方式实现LVDT的输入输出特性，解决了现有控制器测试所需LVDT获取不便的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及LVDT技术领域，具体涉及一种LVDT输入输出特性的模拟装置。

背景技术

LVDT就是位移传感器，带LVDT的作动器和控制器组成一套完整的系统，控制器研制生产，必须要通过测试设备测试控制器性能，控制器进行测试时，LVDT必不可少，但测试时经常会遇到这样的问题，控制器已经生产出来了，可是与控制器配套的LVDT还没有到位，这时就会延误控制器的测试时间。

发明内容

为了解决现有控制器测试所需LVDT获取不便的技术问题，本发明提供一种LVDT输入输出特性的模拟装置、模拟方法及模拟组件。

本发明的技术解决方案是：

本发明的LVDT的模拟装置，其特殊之处在于：

包括模拟算法单元及模拟电路单元，所述模拟算法单元包括工控机，所述工控机包括模拟输出卡及软件算法，所述模拟电路单元包括第一乘法器、第二乘法器、第一运算放大器及第二运算放大器；

软件算法为：

所述模拟输出卡根据软件算法输出相应的模拟量信号V1与模拟量信号V2；

模拟输出卡的模拟量信号V1与第一乘法器的输入端连接，另一路模拟量信号V2与第二乘法器的输入端连接，交流激磁电源接入第一乘法器及第二乘法器作为激励，所述第一运算放大器与第二运算放大器分别与第一乘法器及第二乘法器的输出口连接，所述第一运算放大器与第二运算放大器的放大倍数是乘法器的乘法系数的倒数，所述第一运算放大器的输出端和第二运算放大器的输出端作为LVDT的两个输出端，所述模拟输出卡模拟输出的地作为LVDT的中心触头GND。

进一步地，所述软件采用上位机labview软件。

进一步地，所述模拟输出卡为PCI模拟输出卡。

此处采用labview与PCI模拟输出卡是一种常用方式。可以更换为其它方式。

本发明一种LVDT输入输出特性的模拟方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)产生模拟量信号V1与模拟量信号V2，

2)模拟量信号V1及交流激励信号送入第一乘法器，第一乘法器产生第一路输出信号，该输出信号的相位与交流激励信号的相位相同，该信号的幅值为LVDT一个输出端的输出信号Va的幅值乘以第一乘法器增益；

模拟量信号V2及交流激励信号送入第二乘法器，第二乘法器产生第二路输出信号，该输出信号的相位与交流激励信号的相位相同，该信号的幅值为LVDT另一个输出端的输出信号Vb的幅值乘以第二乘法器增益；

3)利用第一运算放大器和第二运算放大器分别对第一乘法器和第二乘法器的输出信号进行还原，产生LVDT输出信号Va和另一输出信号Vb。

本发明一种LVDT输入输出特性的模拟电路组件，其特殊之处在于：包括乘法器及运算放大器，所述运算放大器包括放大器芯片及两个匹配电阻；

所述乘法器包括两组差分输入口，其中一组差分输入口用于输入一模拟量信号，另一组差分输入口用于输入另一模拟量信号，所述乘法器的输出与放大器芯片的同向输入端连接；两个匹配电阻用于运算放大器放大倍数的调节，一个匹配电阻的一端接地，另一端与放大器芯片的异向输入端连接；另一匹配电阻连接在异向输入端与放大器输出端之间，运算放大器放大倍数为乘法器的乘法系数的倒数。

进一步地，所述乘法器采用AD532芯片，所述放大器芯片为0P07，接地的匹配电阻的阻值为1K，另一匹配电阻的阻值为10K。

本发明与现有技术相比，优点是：

1、本发明通过模拟电路方式与软件编程方式实现LVDT的输入输出特性，可实现对激励不同、输出大小不同的LVDT的模拟，其输入输出特性完全与真实的LVDT一致，控制灵活，精度高，解决了现有控制器测试所需LVDT获取不便的技术问题。

2、本发明LVDT输入输出特性的模拟装置，利用数字算法和模拟电路相结合，满足LVDT输出信号和输入激励信号交流相位相同，幅值大小可调的要求。

3、本发明LVDT输入输出特性的模拟装置应用广泛，适用于不同频率、不同幅值的LVDT的模拟，其幅值根据LVDT特性可以无极调节。

4、本发明的模拟装置能够模拟不同形式的信号特性，通过软件方式可以模拟LVDT的不同工况、工作频率、运动幅值等。

附图说明

图1为本发明LVDT输入输出特性的模拟装置的结构框图；

图2为本发明实施例模拟电路单元的第一乘法器、第一运算放大器的连接结构图；

图3为本发明实施例模拟电路单元的第二乘法器、第二运算放大器的连接结构图。

具体实施方式

本发明通过模拟电路方式与工控机软件编程方式实现LVDT的输入输出特性，可实现对激励不同、输出大小不同的LVDT的模拟，LVDT的输入特性是输出信号与输入的激励信号相位一致；LVDT的输出特性是两个输出端的和值的幅值不变，两个输出端的差值的幅值代表位移信息，是可变的。

本发明提供的LVDT的模拟装置的结构框图、模拟电路图如图1、图2、图3所示。

以下举一LVDT输入输出特性模拟装置的实施例对本发明进行详细说明。

例如：需要模拟的LVDT的特性为：LVDT的激励为7Vrms,频率为1800Hz,输出和值的幅值为6.2Vrms,频率为1800Hz，输出差值为0～4.5Vrms,频率为1800Hz。

本发明模拟算法单元的设计为：模拟输出以工控机为平台，采用PCI模拟输出卡，软件采用上位机labview软件，根据硬件的连接及LVDT本身的特性“Va+Vb＝和值，Va-Vb＝差值”的原理(Va与Vb为LVDT的两个输出)，结合硬件电路乘法器激励电源输入得到软件的算法：

本发明硬件电路设计部分包括两个模拟电路组件：激励信号及模拟量信号V1输入一个模拟电路组件产生LVDT的一个输出信号Va；激励信号及模拟量信号V2输入另一个模拟电路组件产生LVDT的另一个输出信号Vb，具体电路图如图2-3所示。为便于描述将一个模拟电路组件中的运算放大器称之为第一运算放大器，乘法器称之为第一乘法器，另一模拟电路组件中的运算放大器称之为第二运算放大器，乘法器称之为第二乘法器。

激励信号LVDT+,LVDT-(7Vrms,1800Hz)采用差分的方式分别接至第一乘法器U1(AD532)和第二乘法器U2(AD532)输入口X1(信号+)和X2(信号-)，模拟输出卡的模拟量信号V1与模拟量信号V2采用差分的方式分别接至第一乘法器(AD532)和第二乘法器(AD532)输入口Y1(信号+)和Y2(信号-)；第一乘法器U1(AD532)和第二乘法器U2(AD532)输出口OUT(输出+)分别通过运算放大器芯片(OP07)对信号进行隔离、放大，第一运算放大器U3的匹配电阻R3、R5、第二运算放大器U4的匹配电阻R4、R6大小根据乘法器(AD532)原理来确定，第一运算放大器U3与第二运算放大器U4的放大倍数是乘法器的乘法系数的倒数，本实施例中匹配电阻R5、匹配电阻R6的阻值为1K,匹配电阻R3、匹配电阻R4的阻值为10K,第一运算放大器U3及第二运算放大器U4的放大倍数为10倍。

乘法器原理：

本发明交流激励电源作为乘法器的一个输入信号，与模拟量输出信号相乘后得到的输出电压信号与激励电源为同相位，输出电压信号幅值的关系通过软件算法实现，要想得到不同输出幅值的信号，对于本实施例中的确定的LVDT来说，只需改变算法中LVDT输出差值的幅值即可。

经试验验证，LVDT输入输出特性的模拟装置输出端的交流相位与激励相位完全一致，与LVDT特性相符。输出端中LVDT差值与和值关系及幅值大小与LVDT特性相近，差异小于千分之五。