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一种线性可变差动变压器输出的监控电路设计
王锐
摘 要：在飞行控制系统中, 要实现对飞机的精确控制, 提高飞机的容错飞行能力, 首要解决的是如何精确测量飞机的参数, 即保证各种传感器输出的可靠性.传感器作为飞行控制系统的重要组成部分之一,为了提高整个系统的安全可靠性,应尽量精确地解调和监控传感器输出的信号量.在飞行控制系统中LVDT/RVDT传感器有广泛的应用,建立飞机的动态状态一般都需要用到传感器的输出信号,为了确保传感器的可靠性,研究一种方法对传感器输出的信号量进行实时监控是很有必要的.
关键词：容错；实时监控；LVDT；飞行控制；RVDT
引言
线性可变差动变压器 LVDT（英文全称为 Linear VariableDifferential Tranormer）是一种用于测量直线位移的差动变压器式传感器.所有的 LVDT 均有一个线性范围,其工作过程中,为了避免产生非线性值,铁芯的运动一定要控制在线圈的线性范围内.研究一种方法实时监控 LVDT 传感器的输出信号量,进而可以确保 LVDT 的输出在线性范围内.
一、监控电路的架构设计
当 LVDT 传感器工作在线性范围时,考虑到它所输出信号的和值是不变的,我们称之为“阈值”,因此监控电路主要对传感器输出的交流信号 VA 和 VB 的和值进行监控.
图 1 为 LVDT 输出信号监控电路图,如图所示：监控电路由和差比例电路、半波整流电路、阻容滤波电路、电压跟随电路以及电压比较电路组成.
依据图 1,监控电路流程如下：
将 Va 和 Vb 两信号接入和差比例电路,A 点输出为经过比例调节后的信号,使用公式（1）可得到 A 点电压值 VA.使用反相半波整流电路对比例调节后的交流输入信号 VA 进行整流,整流后产生交流信号 VB,整流参数见公式（2）.采用简单的 RC 滤波电路对 VB 进行阻容滤波,产生信号VC,可有效降低信号噪声.再将 VC 经过电压跟随电路处理,得到输出信号 VD,最后使用电压比较电路,将 VD 转化为最终输出 VE .为了提高抗干扰能力,在电压比较电路的比较器中加入正反馈,比较器是集电极开路输出,共用了外接电阻,可实现“线与”.将比较器的上限设为 Vrefh,下限设为Vrefl,则当 Vrefl ≤ VD ≤ Vrefh 时,比较器 U4 及 U5 都会输出高电平,VE 即为高电平；而当 VD < Vrefl 或 VD>Vrefh 时,VE 则为低电平.通过判断 VE 电平的高低状态,就可确认传感器是否工作在线性区域内.
注：按照公式（3）,可将公式（2）简化为公式（4）,其中公式（2）中的 Avd 是运放开环增益,Vdiod 是二极管正向压降.
二、监控电路的具体实施方式
LVDT 为线位移传感器,和值是指（Va-VNEU）+（Vb-VNEU）,对和值的监控也就是对该 Va+Vb-2NEU 值的监控.Va 和 Vb 信号进入比例调节电路,经过比例调节后的电压值VA 是：
取 R1等于R2等于200K,R3等于R4等于R5等于100K, 则 VA 等于VNEU–0.5*（Va + Vb）.
采用反相半波整流电路对比例调节后的交流输入信号进行整流.图中 B 点电压见公式（5）.
由于 R9等于47.2K,R7等于10K,可计算如下：VB ≈ -0.45*（R9/R7）*Va ≈ 0.45*4.72*0.5*（Va+Vb-2VNEU）等于1.062（Va+Vb-2VNEU） 实 际 取 值：R7等于10KΩ ,R9等于47.2KΩ,同 相 输 入 端 接 静 态 平 衡 电 阻 R8等于10KΩ.LVDT 和 值为 8V&plun;0.8V, 比 例 运 算 后 为 7.2*1.062~8.8*1.062, 即为 7.65V~9.35V. 图 中 D 点 是 电 压 跟 随 电 路 的 输 出,VD等于Vc等于Vb. 通过在比较器中加入正反馈, 可提高抗干扰能力 ：VD 上限滞回电压见公式（6）.
其中 R14>>R13 , R12>>R11 .可取值：R13等于4.64KΩ,R14等于750KΩ；R11等于3.48KΩ,R12等于750KΩ.设置 VD 上限滞回电压为 9.35V,下限滞回电压 7.65V,在 LVDT 在工作的时候,实时监控 VD 的值,如果 7.65V ≤ VD ≤ 9.35V,比较器U4 和 U5 均输出高电平,VE 为高电平；当 VD < 7.65 V 或者VD >9.35V 时,VE 为低电平.通过 VE 电平的高低,判断传感器是否工作在线性区域内.
结束语
此设计属于计算机硬件领域,涉及一种差动变压器式传感器输出的监控方法及电路.本发明基于 LVDT 传感器,提供了一种传感器输出的监控电路,对传感器的输出信号量进行实时地监控.本设计的优点是：基于 LVDT 传感器,提供了一种传感器输出的监控电路,对传感器的输出信号量进行实时地监控,确保传感器输出的可靠性.
电路设计论文范文结:
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