Ding Yong, Lu Wenke, avant gauche
(Sciences de l'information et de la technologie, l'Université de Donghua, Shanghai 201600)
: Capteur de déplacement différentiel transformateur présente de nombreux avantages lorsque l'on mesure une petite quantité de déplacement. Brièvement décrit l'analyse du capteur de déplacement transformateur différentiel et le principe de fonctionnement de la puce AD698 (conditionneur de signal), le capteur de déplacement transformateur différentiel en utilisant une large plage linéaire et une bonne reproductibilité, de sensibilité et de résolution des avantages de mesure, avec puce AD698 construit en utilisant le système de mesure de déplacement convertir avec précision capteur de déplacement transformateur différentiel déplacement mécanique en une tension continue unipolaire. Lors de l'utilisation du système de construction ajustement de courbe module intelligent de correction non-linéaire, afin d'améliorer la linéarité du système de mesure, l'erreur non linéaire est réduite.
: Capteur de déplacement différentiel transformateur, de la puce AD698; ajustement de courbe; correction non linéaire intelligente; Linéarité
: TP212 Code du document: ADOI: 10,19358 / j.issn.1674-7720.2017.06.010
Format de référence : Ding, arts Lu, gauche optimisation du système de capteur de déplacement du type à transformateur différentiel avant [J] ses applications, 2017,36 (6): 29-32,36.
0 introduction
Capteur de déplacement différentiel transformateur (variable linéaire transformateur différentiel, LVDT) [1] avec une petite quantité de déplacement dans la mesure de nombreux avantages, tels que la structure simple, simple et circuit fiable, de mesure large plage linéaire, une bonne reproductibilité et une linéarité élevée, avec un haute sensibilité et la résolution, à faible prix, en plus des capteurs internes sans contact mobile, une grande fiabilité et longue durée de vie. Dans cet article, avec le système de conditionnement de signal LVDT AD698, ensemble efficace et précise en place du système de capteur de déplacement du type à transformateur différentiel.
Système d'instrumentation classique fonction de mesure consiste à convertir la sortie du système grandeur électrique est mesurée, ce qui facilite l'affichage de sortie. En raison de la présence de caractéristiques de sortie d'entrée du système de mesure non linéaire, il aspect du circuit, une conversion d'échelle par une certaine relation non linéaire, est destiné à améliorer le système de correction non linéaire [2]. Cependant, les caractéristiques non linéaires de différentes incohérences de capteurs, est une grande limitation du circuit matériel. Dans cet article, le système logiciel intelligent pour compléter le module de correction de mesure du système non linéaire. correction intelligente programmation Nonlinear Il y a plusieurs façons, comme la table de consultation, d'ajustement de courbe, support machine vecteur, réseau de neurones, etc. [3]. Les algorithmes plus complexes, la mise en uvre du logiciel le plus la difficulté, plus le coût. Contemplé mesurer ici les performances des contraintes du système de traitement et les coûts de mise en uvre, à l'aide d'ajustement de courbe [4] correction non linéaire intelligente, efficace et fiable.
Un module de correction linéaire intelligente
1.1 Principe Présentation
Pour la correction non linéaire grâce à la programmation de logiciels, l'amélioration des caractéristiques statiques du système.
caractéristiques d'entrée-sortie du circuit de capteur et de conditionnement (x-u) est appelé un modèle positif:
u = f (x) (1)
caractéristiques anti non linéaires inverses modèle est un modèle positif:
y = x = f (u) (2)
Dans lequel x est le système d'entrée mesurée; U est la sortie du capteur et du circuit de climatisation, est stockée dans l'entrée du module de processeur de correction de non-linéarité; y = x est la sortie du module de correction non-linéaire, mais aussi ajouter intelligence la sortie totale des modules du système. schéma de principe du système représenté sur la figure 1.
1.2 Courbe méthode de mise en uvre du montage
Utilisation ajustement de courbe polynomiale de degré n pour non linéaire approchée inverse équation caractéristique, les coefficients de l'équation polynomiale déterminés par une méthode des moindres carrés, les étapes suivantes:
(1) L'étalonnage de l'essai pour obtenir une courbe d'étalonnage. Standard de données à virgule fixe:
xi: x1, x2, x3, ..., xN
vi: v1, v2, v3, ..., VNI = 1,2,3, ..., N
vi xi, et l'entrée et la sortie respectivement, N étant le nombre de points d'étalonnage.
(2) prévu équation d'ajustement de courbe caractéristique trans
xi (vi) = a0 + a1vi + a2v2i + ... + anvni
N a une valeur déterminée par la précision. Lorsque n = 3, la
xi (vi) = a0 + + a1vi a2v2i + a3v3i (3)
Dans lequel a0, a1, a2, a3 coefficients à déterminer.
(3) la détermination de a0, a1, a2 méthode des moindres carrés, l'idée de base est que la valeur de a3: xi polynôme respectif (3) déterminer (vi) de la valeur, xi valeurs d'étalonnage respectives à l'erreur quadratique moyenne minimale, à savoir:
Afin d'obtenir la fonction F (a0, a1, a2, a3) prend une valeur minimale lorsque la a0 constante, a1, a2, a3, une fonction F (a0, a1, a2, a3), respectivement, a0, a1, a2, a3 rechercher guider et de le rendre égal à zéro, à savoir, pour obtenir:
Résolution de l'équation de matrice, la a0 obtenu, a1, a2, a3 stocké dans la mémoire. La caractéristique non linéaire inverse équation de régression connu (3) est écrit comme suit:
x (v) = a3v3 + + a2v2 A1V + a0 = [(A3V + a2) v + a1] v + a0 (7)
Afin d'obtenir la tension correspondant à l'entrée la valeur mesurée v x, trois fois (b + AI) par les opérations ronde V simplement en remplaçant dans l'équation (7), puis ajouter la a0. Cet algorithme de programmation est simple, flexible et fiable.
2 Réglage du système de mesure
principes 2.1LVDT et fonctionnalités introduites
Fondamentalement, il consiste en un transformateur différentiel bobine d'enroulement primaire, deux bobines d'enroulement secondaire et une composition de barrière de noyau de fer mobile [5]. Utilisation, après l'alimentation en courant d'excitation de la bobine d'enroulement primaire sur la barrière d'accès, la bobine d'enroulement secondaire sera donc induit une force électromotrice. Lorsque le temps de l'inductance mutuelle change, à savoir, le noyau est déplacé linéairement, deux enroulement secondaire force électromotrice induite générée dans la bobine va changer. Dans le circuit équivalent, l'enroulement capacité distribuée, ainsi que sur la réluctance magnétique des conditions existantes dans la deuxième perte dans le fer du transformateur différentiel est pas considéré comme sur la Fig., Le circuit équivalent représenté sur la Fig.
Une paire de deux bobines d'enroulement secondaire dot extrémité connectée à l'autre extrémité du même nom peuvent exister avec la valeur de tension de sortie de la relation linéaire entre la quantité de déplacement du fil d'âme.
2.2AD698 introduction principe de puce
AD698 est un sous-système de conditionnement de signal LVDT très complet [6]. Capable de haute précision et la reproductibilité de la sortie secondaire LVDT originale en une tension continue proportionnelle. AD698 puce par la source d'excitation, le rapport de la démodulation synchrone, et le filtrage de la sortie amplifiée de trois modules, le diagramme de la structure représentée sur la figure 3.
La source d'excitation comprend une référence de tension, un oscillateur, des amplificateurs, fournit la force motrice pour le capteur LVDT externe bobine d'enroulement primaire. module de démodulation synchrone se compose de deux vagues indépendant, modulé identiques performances de démodulation synchrone de canaux A, B et une composition de diviseur de rapport cyclique. En plus de la filtration de la source d'excitation du filtre d'interférence et le bruit à haute fréquence, il sera lisse également le signal de sortie en courant continu. L'amplificateur est un amplificateur de courant, le rapport cyclique du signal PWM de la sortie du premier diviseur est converti en un courant de référence proportionnel au signal modulé i, i et impulsion rapport cyclique, à savoir:
i = Iref · A / B (8)
Où Iref = 500 uA, 500 uA est la valeur d'étalonnage du courant de référence.
signal de courant de l'amplificateur de courant en un signal de sortie modulé en tension:
VOUT = i · R · A / B · R2 (9)
AD698 tension de sortie Vout et le rapport A / B est proportionnelle, à savoir le signal de mesure (quantité de déplacement) est proportionnelle, les coefficients proportionnels peuvent être fixés par une résistance externe R2.
la quantité de système de construction côté capteur 2.3LVDT
AD698 LVDT et soutenant l'utilisation, peut être converti de façon très précise en une quantité de déplacement mécanique LVDT unipolaire ou bipolaire tension continue. LVDT variété de façons accouplement AD698: transformateur bobine d'enroulement secondaire connecté en série inverse, en demi-pont et pont complet connecté en connexion. Employé ici, il est pour la première connexion anti-série de [7]. Appuyer l'utilisation d'un circuit de mesure représenté à la Fig.
Les paramètres externes composants passifs:
(1) e signal d'excitation (t) détermine la fréquence du signal de fréquence d'excitation FEXC e (t), à savoir la fréquence d'oscillation de l'oscillateur est déterminée par la largeur de bande du système. FSUB la largeur de bande est déterminée en fonction du signal de déplacement mécanique mesuré x (t) est la fréquence la plus élevée, avec un C2 du condensateur externe, C3, C4 est défini (C2, C3 est la capacité des canaux de filtre démodulateur). La relation est:
C2 = C3 = C4 = 04/10 / Fsub (10)
valeur minimale FEXC doit satisfaire la formule suivante:
FEXC = 10fSUB (11)
C1 condensateur externe pour régler une fréquence d'excitation désirée FEXC, relation:
Dans cet article, l'expérience, la bande passante Fsub ensemble à 0,25 Hz, donc
FEXC = 2,5 Hz, C1 = 0,014 uF.
La détermination (2) l'amplitude du signal d'excitation
Pour que la valeur efficace du signal primaire est à pleine échelle lorsque la position LVDT entre 1,0 V ~ 3,5 V, tandis que la valeur efficace du signal secondaire par rapport à la linéarité optimale et la sensibilité à bruit entre 0,25 V ~ 3,5 V, parce qu'il est gamme. Ceci à son tour devient la sensibilité du capteur S et le rapport du transformateur LVDT VTR pertinente:
Dans lequel VPRI, Vsec sont la position LVDT à pleine échelle, le transformateur d'entrée de signal de tension de sortie primaire et secondaire.
LVDT sensibilité S représente la valeur du déplacement de l'unité, le signal d'entrée primaire est une valeur de tension (V) de 1 V dans laquelle l'étape suivante du signal de sortie, exprimé en tant que:
Dans lequel VTR peut être mesuré expérimentalement, d est une entrée à pleine échelle capteur LVDT, à savoir, les écarte de base à partir de la position zéro de la longueur maximale. Dans cette expérience, la sensibilité du capteur S de 2,4 mV / V / mil.
La détermination de la tension d'excitation optimal VEXC LVDT est la suivante:
VTR mesurée dans cette expérience était de 0,48. On peut donc calculer: d = ± 0,2 pouce = ± 200 mil. Lorsque la tension d'excitation optimal VEXC = VPRI = 3,5 V, la sortie secondaire de tension maximale: Vsec = 3,5 × 0,48 = 1,68 V, dans l'intervalle optimal. L'amplitude du signal de source d'excitation Em = VEXC sélection des résistances R1, relation:
12 VVEXC24 V, 0,1 kQ kR11
5 VVEXC12 V, 1 kQ kR110
2,5 VVEXC5 V, 10 kQ kR1100
La détermination (3) à pleine échelle tension de sortie Vout
La résistance R2 permet de régler le gain de l'étage de sortie de l'amplificateur de courant, réglant ainsi la tension de sortie à pleine échelle VOUT, de formule (9), (13), (14) pour donner:
ensemble amplitude de tension VOUT expérimentale = ± 10 V, peut être calculée dans les données obtenues: R2 = 41,7 kQ. La figure 5, la courbe de déplacement de tension
Test, le noyau se déplace dans une direction, le mouvement de 0,500 mm à chaque fois que des données sont enregistrées, chaque valeur de données est la moyenne de plusieurs mesures. De sorte que le déplacement de la courbe de tension comme représenté sur la Fig.
3 présentation intelligente des résultats d'étalonnage non linéaire
(1) avant que les données de mesure, sélectionner les points de calibrage appropriés. Les données présentées dans le tableau 1.
(2) la mise en place de la formule de l'expression du modèle inverse:
X = a0 + A1V + a2V2 + a3V3 (17)
(3) Selon la formule (4), (6) les exigences de coefficient: a0 = 5,182663, a1 = 0,354056, a2 = -5,821352 × 10-4, a3-3.12917 × 10-4.
La formule (17) calcule les valeurs de coefficient constantes dans l'équation module de programmation intelligente correction non linéaire mis en oeuvre dans cette expérience.
(4) la vérification du modèle inverse. entrée de quantité déplacement X et le modèle inverse de la tension V, la comparaison des valeurs expérimentales pour le modèle inverse les valeurs calculées X «l'écart = | X-X » |. Les résultats sont présentés dans le tableau 2.
(5) Analyse de la linéarité améliorée.
l'aide d'un carrés linéaires moins adaptant l'équation disponible Modèle:
V = 2.712X-linéarité 14.085 (18) moindres carrés formule:
AL = | Lm | Y (FS) x 100% (19)
Dans cette expérience, la gamme d'entrée de 2,000 ~ 8,000 mm, l'écart maximal du raccord Lm = 0,299 V.
Y (FS) = V (X = 8,000) -V (X = 2,000) = 16,272, de sorte que la linéarité est améliorée avant que le système:
AL = 0.29916.272 x 100% = 1,84%
Après le montage d'une ligne droite pour améliorer le système peut être choisie dans l'équation linéaire: X = kX, k = 1. Le tableau 2 montre que l'écart maximum de l'ajustement de 0,012 mm, Y (FS) pour la gamme d'étalonnage 6 mm, de sorte que la linéarité est améliorée Théorie du système:
'L = 0.0126.000 x 100% = 0,2%
Par rapport à la précédente linéarité améliorée du système a été considérablement améliorée.
4 Conclusion
Système de mesure AD698 LVDT construit avec intelligence ajoutée module de correction non linéaire améliorer la linéarité du système de mesure, ce qui réduit l'erreur de non-linéarité. algorithme d'ajustement de courbe est des procédures simples et flexibles pour atteindre fiables sur.
références
. [1] Zhang capteur et la technologie de détection [M] Pékin: Higher Education Press, 2002.
[2] Liu Junhua, système de capteurs intelligents (deuxième édition) [M] Xi'an: Xi'an Université des sciences et de la technologie électronique Press, 2010.
