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【技术干货】位移传感器LVDT、RVDT的原理分析及应用优势

导读: LVDT、RVDT的传感器本体与外接解调电路,解调电路分为相敏解调电路和无相移解调电路。一般目前以无相移解调电路为主。

LVDT 传感器(Linear Variable Differential Transformer):差动变压器式直线位移传感器,可用于液位高度测量,发动机、燃气轮机计量活门开度测量,与压力应变片配合做压力传感器等。LVDT传感器是液压控制系统中应用最为广泛的传感器。

RVDT传感器(Rotary Variable Differential Transformer):差动变压器式角位移传感器,通常用于采集驾驶杆、驾驶盘、方向舵脚蹬等位移信号及显示舵面位置信号(如方向舵、升降舵、副翼、襟缝翼、扰流板等)并转换成角度值进行显示。

LVDT、RVDT传感器推荐使用在需要高可靠性,耐受恶劣环境的场合。

LVDT、RVDT传感器原理简介

LVDT传感器主要由铁芯、骨架、激磁绕组、输出绕组、连杆、挡板、外壳等这几部分组成。骨架的上面分布着激磁绕组和输出线圈,杆状铁芯位于线圈的内部且可以进行自由移动。在铁芯的位置移动到中间时,这两个输出线圈会生成相同的感应电动势,这就使得输出电压等于零;在铁芯的位置偏离中点但仍然在线圈的内部移动时,两个输出线圈生成不相等的感应电动势,输出电压不为零,位移量的多少决定着输出电压的大小。

【技术干货】位移传感器LVDT、RVDT的原理分析及应用优势

图1:LVDT传感器结构图

RVDT传感器实际上也是铁芯可动变压器,由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等部分组成。当铁芯处于线圈骨架的中间位置时,两个次级线圈输出的电动势V1和V2相等,输出电压为零。当铁芯偏离中间位置时,两个次级线圈的电动势V1和V2不相等,输出一定的电压。

下图左是经典4极RVDT的结构图,图右是三相6/4结构开关磁阻电机的示意图。从对比中可以看出,RVDT的结构上与开关磁阻电机有类比之处,结构设计上可以借鉴。

【技术干货】位移传感器LVDT、RVDT的原理分析及应用优势

图2:经典4极RVDT结构图与三相6/4结构开关磁阻电机示意图

不考虑线圈寄生电容及铁芯产生的损耗,LVDT、RVDT等效原理图都可以如下:

【技术干货】位移传感器LVDT、RVDT的原理分析及应用优势

图3:LVDT、RVDT等效原理图

在一次线圈受到恰当频率的电压激励的时候,按照变压器的工作原理,两个二次线圈中便会有感应电动势产生。假设在工艺上确定变压器的结构是完全对称的,那么在铁芯位于初始平衡位置的时候,两个二次线圈的互感系数能够相等即此时差动变压器的输出电压等于零。当铁芯位置移动时,两个输出线圈采用反向串联时的输出电压与铁芯位移成线性关系。

LVDT、RVDT的传感器本体与外接解调电路,解调电路分为相敏解调电路和无相移解调电路。一般目前以无相移解调电路为主。

LVDT、RVDT传感器的应用优势

01.环境适应性强,坚固耐用

LVDT、RVDT传感器为非接触式位移传感器,线圈和铁芯之间没有摩擦接触,不会产生任何磨损。不考虑电平转换和调理模块,传感器本体均为机械结构,具有极高的可靠性。某型RVDT传感器应用于飞机机载环境(单机装24台),从试飞起,在近三年时间内,共随6架飞机累计飞行4478起落/1153h46min,未有一台从外场返回。

02.零位稳定,精度高

初级、次级线圈电气隔离,精度几乎不受负载、共模电压或输入谐波及噪声影响。

03.抗冲击能力强,耐振极限高

LVDT、RVDT传感器可安装在航空发动机上,耐受冲击和振动考核。

04.动态性能好

理论上有无限分辨率。动态性能好,可用于高速在线检测。

下表给出了几种位移传感器优缺点对比图,大家也可以仔细阅读一下。

【技术干货】位移传感器LVDT、RVDT的原理分析及应用优势

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