一种数字信号处理的LVDT信号检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及传感器信号处理领域，公开一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，包括正弦波产生单元、第一数模转换器、第二数模转换器、LVDT、第一差分转单端电路、第二差分转单端电路、ADC采集单元以及正弦波解析位移信息单元。通过正弦波产生单元产生频率以及幅度可调的正弦波，通过正弦波解析位移信息单元对LVDT相位差进行判断，从而实现对LVDT中铁芯移动的精准判断，最终得知与铁芯相连的机械装置的位移状态。状态。状态。

【技术实现步骤摘要】
一种数字信号处理的LVDT信号检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及传感器信号处理领域，具体地，涉及一种数字信号处理的LVDT信号检测系统及方法。

技术介绍

[0002]LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写，是一种直线位移传感器。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状铁芯。其中两个次级线圈反向串接(即接成差动模式)，给初级线圈一个正弦激励信号，当铁芯处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为零；当铁芯在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有正弦交流电压输出，其交流电压幅度大小取决于位移量的大小，其交流电压的相位变化方向表示位移量的方向。LVDT的铁芯是与外部机械装置想连接，铁芯的位移与外部机械装置的位移等同。而外部机械装置的位移监测，目前常用的方法为通多对LVDT铁芯位移进行检测从而判断机械装置的位移状态。
[0003]目前LVDT位移传感器的信号处理主要以调理电路为主，比较典型的有AD698调理电路主要采用以AD698芯片为核心的正弦波处理电路。AD698是一款完整的单芯片线性可变差分变压器(LVDT)信号调理子系统，结合LVDT使用，能够以较高精度和可重复性将传感器机械位置转换为单极性或双极性直流电压，然后通过(ADC)模数转换器输入到芯片直接转换成位移量信息。
[0004]现有技术中也有以分离器件搭建的调理电路，都是在电路上就将交流转换成直流信号给到芯片，直流信号大小和极性直接可以转成位移量的大小和方向。
[0005]AD698调理电路的价格不菲，分离器件调理电路又比较占用线路板空间，且激励信号幅度和频率的给定也不灵活。
[0006]现有技术公开了：CN201610420248.2公开了一种基于视频的自动检测LVDT拉杆状态的监视方法及系统，视频图像获取模块，用于获取对LVDT进行实时监控的视频图像；特征点检测模块，用于通过所述视频图像检测预设待检测区域内的特征点；跟踪模块，用于对所述特征点的运动变化进行跟踪；确定模块，用于通过拉杆头检测区域与拉杆固定件区域之间的相对位移值确定LVDT拉杆的移动距离；还包括：脱落检测模块，用于通过所述视频图像，检测LVDT拉杆头与拉杆固定件之间的直线，确定拉杆的当前方向；将所述当前方向与预设方向进行比较，判断拉杆是否脱落；所述脱落检测模块具体用于：通过当前帧图像拉杆头的左部分高度与右部分高度，确定当前帧图像中拉杆头的左右两部分位移的绝对值；将所述绝对值与预设阈值进行比较；当所述绝对值大于所述预设阈值时，判定拉杆已脱落
[0007]现有技术虽然公开一种利用利用视频图像获取模块从而判断LVDT的工作状态进行跟踪和分析的技术方案，但是其实际应用过程中，对LVDT铁芯的状态判断并不准确。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题在于克服现有技术中存在的问题，提供一种对LVDT进行信号检测从而精确判断其铁芯状态的数字信号处理的LVDT信号检测系统。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]公开一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，所述系统包括正弦波产生单元、第一数模转换器、第二数模转换器、LVDT、第一差分转单端电路、第二差分转单端电路、ADC采集单元以及正弦波解析位移信息单元；所述LVDT包括与初级线圈连接的输入端、与次级线圈连接的输出端、以及设置在初级线圈与次级线圈之间的铁芯；
[0011]所述正弦波产生单元的输出端分别连接所述第一数模转换器、第二数模转换器的输入端，从而进行差分输出；
[0012]所述第一数模转换器以及第二数模转换器的输出端分别连接所述LVDT的输入端以及第二差分转单端电路的输入端，所述LVDT的输出端连接所述第一差分转单端电路的输入端，所述第一差分转单端电路、第二差分转单端电路的输出端连接所述ADC采集单元的输入端；所述ADC采集单元的输入端连接正弦波解析位移信息单元；所述正弦波解析位移信息单元接收所述ADC采集单元信号传输的初级信号与次级信号的相位差的正负方向，确认铁芯位移。
[0013]优选地，所述系统还包括第一增益电路以及第二增益电路；所述第一增益电路的输出端连接所述第一数模转换器、第二数模转换器的输出端，所述第一增益电路的输出端连接所述LVDT的输入端；所述第二增益电路的输入端连接所述LVDT的输出端，所述第二增益电路的输出端连接所述第一差分转单端电路的输入端。
[0014]优先地，所述正弦波产生单元产生的正弦波的幅度和频率可调。
[0015]优选地，所述正弦波产生单元通讯连接用户操作从而调整正弦波幅度和频率的用户操作界面。
[0016]优选地，所述正弦波解析位移信息单元包括计算真有效值并将真有效值转化为位移幅值的位移幅值解析单元、以及接收所述位移幅值解析单元中位移幅值从而判断铁芯移动方向的方向解析单元。
[0017]优选地，所述位移幅值解析单元包括滤波模块、对真有效值进行计算的真有效值计算模块、以及接收真有效值计算模块数据从而计算位移幅值的位移计算模块。
[0018]优选地，所述正弦波为高信噪比正弦波。
[0019]本申请还公开一种数字信号处理的LVDT信号检测方法，所述检测方法包括以下步骤：
[0020]S1：正弦波产生单元生成高信噪比的正弦波，通过第一数模转换器、第二数模转换器进行差分输出，再经过第一增益电路，作为激励信号输出给LVDT的初级线圈，将LVDT两级次级信号反向串接后，经过第二增益电路，第一差分转单端电路，最后ADC采集单元输入给正弦波解析位移信息单元；
[0021]S2：初级信号经过第二差分转单端电路，通过ADC采集单元输入给正弦波解析位移信息单元；
[0022]S3：正弦波解析位移信息单元中的幅值解析单元，计算出次级正弦信号的有效值，正弦信号有效值的大小在LVDT所标称的可测位移范围内与位移值成正比例线性关系，将处
于线性范围的正弦信号有效值转化为位移幅值；
[0023]S4：正弦波解析位移信息单元中的方向解析单元开始工作，当铁芯从从“零点”开始，向前或向后运动，次级信号也会相对初级信号的相位向正或负方向变化，通过检测初级信号与次级信号的相位差的正负方向来检测出位移方向，也即检测出铁芯是向前运动还是向后运动。
[0024]优选地，真有效值计算模块计算真有效值的方法为：
[0025][0026]式中Vk是第k次次级信号正弦波的采样值，N为信号采样点数，N＝采样频率Fs/次级信号频率f；也即取一个周期的采样点进行计算一次，这里的采样频率取次级信号频率的整数倍；
[0027]所述位移计算模块计算位移幅值的方法为：S＝kVrms，K为系统设计的灵敏度系数。
[0028]优选地，所述位移方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述系统包括正弦波产生单元、第一数模转换器、第二数模转换器、LVDT、第一差分转单端电路、第二差分转单端电路、ADC采集单元以及正弦波解析位移信息单元；所述LVDT包括与初级线圈连接的输入端、与次级线圈连接的输出端、以及设置在初级线圈与次级线圈之间的铁芯；所述正弦波产生单元的输出端分别连接所述第一数模转换器、第二数模转换器的输入端，从而进行差分输出；所述第一数模转换器以及第二数模转换器的输出端分别连接所述LVDT的输入端以及第二差分转单端电路的输入端，所述LVDT的输出端连接所述第一差分转单端电路的输入端，所述第一差分转单端电路、第二差分转单端电路的输出端连接所述ADC采集单元的输入端；所述ADC采集单元的输入端连接正弦波解析位移信息单元；所述正弦波解析位移信息单元接收所述ADC采集单元信号传输的初级信号与次级信号的相位差的正负方向，确认铁芯位移。2.根据权利要求1所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述系统还包括第一增益电路以及第二增益电路；所述第一增益电路的输出端连接所述第一数模转换器、第二数模转换器的输出端，所述第一增益电路的输出端连接所述LVDT的输入端；所述第二增益电路的输入端连接所述LVDT的输出端，所述第二增益电路的输出端连接所述第一差分转单端电路的输入端。3.根据权利要求1所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述正弦波产生单元产生的正弦波的幅度和频率可调。4.根据权利要求3所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述正弦波产生单元通讯连接用户操作从而调整正弦波幅度和频率的用户操作界面。5.根据权利要求1所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述正弦波解析位移信息单元包括计算真有效值并将真有效值转化为位移幅值的位移幅值解析单元、以及接收所述位移幅值解析单元中位移幅值从而判断铁芯移动方向的方向解析单元。6.根据权利要求5所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述位移幅值解析单元包括滤波模块、对真有效值进行计算的真有效值计算模块、以及接收真有效值计算模块数据从而计算位移幅值的位移计算模块。7.根据权利要求1所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测系统，其特征在于，所述正弦波为高信噪比正弦波。8.一种数字信号处理的LVDT信号检测方法，其特征在于，包括任一权利要求1～7的检测系统，所述检测方法包括以下步骤：S1：正弦波产生单元生成高信噪比的正弦波，通过第一数模转换器、第二数模转换器进行差分输出，再经过第一增益电路，作为激励信号输出给LVDT的初级线圈，将LVDT两级次级信号反向串接后，经过第二增益电路，第一差分转单端电路，最后ADC采集单元输入给正弦波解析位移信息单元；S2：初级信号经过第二差分转单端电路，通过ADC采集单元输入给正弦波解析位移信息单元；S3：正弦波解析位移信息单元中的幅值解析单元，计算出次级正弦信号的有效值，正弦
信号的有效值的大小在LVDT所标称的可测位移范围内与位移值成正比例线性关系，将处于线性范围的正弦信号有效值转化为位移幅值；S4：正弦波解析位移信息单元中的方向解析单元开始工作，当铁芯从从“零点”开始，向前或向后运动，次级信号也会相对初级信号的相位向正或负方向变化，通过检测初级信号与次级信号的相位差的正负方向来检测出位移方向，也即检测出铁芯是向前运动还是向后运动。9.根据权利要求8所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测方法，其特征在于，真有效值计算模块计算真有效值的方法为：式中Vk是第k次次级信号正弦波的采样值，N为信号采样点数，N＝采样频率Fs/次级信号频率f；也即取一个周期的采样点进行计算一次，这里的采样频率取次级信号频率的整数倍；所述位移计算模块计算位移幅值的方法为：S＝kVrms，K为系统设计的灵敏度系数。10.根据权利要求8所述的一种数字信号处理的LVDT信号检测方法，其特征在于，所述位移方向解析单元计算铁芯位移的方法为：计算初级信号以及次级信号，然后再对比初级信号以及次级信号从而得出铁芯位移值；所述初级信号的计算方式为：所述次级信号的计算方法为：所述次级信号的计算方法为：分别是初级信号与次级信号的幅度；f为频率，初级与...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄妮，朱逸武，
申请(专利权)人：株洲嘉成科技发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：