可靠的高精度位置传感——可靠的高精度位置传感——LVDT

电子爱好者网报道(文/李宁远)在各种机械控制系统中，位置传感器是绝对必不可少的。从工业自动化的过程控制领域，到汽车的电驱动控制领域，再到军事和航空航天领域，高精度的位置传感器始终是精密控制系统中不可或缺的。

编码器、AMR、GMR、TMR、霍尔、LVDT都是我们经常提到的位置传感器。LVDT是一种线性位移传感器，是由线圈、铁芯等元件组成的机电式传感器。

它的全称是线性可变差动变压器，因为它的两个次级绕组通常是反向串联的。交流和DC LVDTLVDT之间存在交流和DC差异。

交流供电的线性位移传感器包含任何内置的调节电路，所以需要配一个外置的振荡器、载波放大器或解调器和滤波器才能工作。根据制造材料的不同，交流电源LVDT的线性位移传感器可以适应很宽的工作温度范围，甚至完全超过DC电源LVDT的温度范围，如& lt20.理论上，只要器件材料选择得当，交流供电的LVDT可以在-200工作。

无内置调节电路的交流LVDT对封装尺寸的限制较少，可以做得结构更紧凑，在很多空间有限的地方使用。而且由于没有内置调节电路，这种非接触式交流LVDT的使用寿命会更长，无论是电气寿命还是机械寿命。

另一方面也显示了其强大的抗振动和抗冲击能力。DC LVDT供电的线性位移传感器在交流供电的LVDT的基础上内置了载波发生器/信号调理模块，既保持了交流LVDT的特性，又具有DC操作的简单性。

与交流LVDT相比，DC LVDT具有预校准的模拟/数字输出信号，因此它不需要额外的信号调节设备。大多数DC LVDT会集成误差补偿，不需要校准或依赖放大设备的LVDT使用起来更方便。

以牺牲一定的电气和机械寿命、一定的抗冲击可靠性和一定的工作范围为代价，DC LVDT可以获得更简单、更直接的输出，并略微降低系统的成本。值得一提的是，DC LVDT可以选择回路供电。

由于电流信号不会衰减，由4-20 mA回路供电的DC LVDT在电缆长度极长的远程应用中可以发挥巨大作用。温度和LVDT尽管LVDT在各种应用中一直是可靠的位置反馈工具，但它也很容易受温度的影响。

温度的变化会以两种不同的方式影响LVDT的输出信号，包括机械膨胀和LVDT电学性质的变化。机械膨胀会影响铁芯和绕组，导致传感器产生错误信号；温度还可能直接改变铁芯的磁性，改变整个传感器的电性能，从而使测量数据出错。

一般来说，直接影响LVDT核心的情况很少，这种变化在通常的温度范围内可以忽略不计。只有在极端的环境温度下，这种改变材料磁性的情况才会比较棘手。

现在，一些新的制造技术和材料也使LVDT能够在恶劣的环境中工作。这款LVDT不仅使用了特殊的制造材料，还使用了特殊的高熔点焊接，否则可以无法对抗零下几百度的环境引起的材料变化。

正如我们上面所说，AC LVDT所覆盖的工作温度远远高于DC LVDT。这是因为传感器体内含有电子设备的DC LVDT会受到电子信号调理模块中材料性能的限制，没有办法像AC LVDT一样保证自身的可靠性。

如何选择LVDT？合适的LVDT需要确定其应用条件。虽然LVDT是一个线性传感器，许多应用不是理想的线性运动，这将包括一些横向运动。

这时，弹簧加载的LVDT是一个更合适的选择，它可以完美地解决不完善的直线运动测量。对于线性阀位测量的固定应用，铁芯分离式LVDT更适合。

铁芯包括由导磁材料制成的独立管状电枢，电枢可在线圈的空心孔中沿轴向自由移动，并机械耦合到需要测量位置的物体上。这意味着纤芯可以自由移动，工作过程中不会有摩擦。

此外，这种相对简单的运动检测的成本低于上述弹簧加载的检测。各种环境因素也会影响LVDT材料的选择。

例如，在强化学环境中，普通不锈钢材料不适合，需要特殊合金来增强LVDT的耐化学性。在大多数普通应用中，当对工作温度要求不高时，简单的DC电源LVDT更方便。

内部信号调整可以消除外部交流激励的数量、重量和成本。总结LVDT全过程无摩擦操作，在材料测试、振动位移测量、高分辨率尺寸测量系统中特别有用。

作为一种可以提高高精度位置检测的传感器，简单地添加几个外部无源元件来设置环路带宽、激励频率和增益，也可以很容易地增加LVDT的灵活性，大大扩展了这种高精度传感器的应用。