一種lvdt/rvdt調制解調器的制造方法
【專利摘要】一種LVDT/RVDT調制解調器，包括單片機，單片機的PWM信號輸出端依次經(jīng)過第一低通濾波電路以及電壓信號放大電路連接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次經(jīng)過信號源調理電路與第二低通濾波電路將反饋信號再發(fā)送至單片機，單片機的電壓信號輸出端經(jīng)過信號輸出調理電路與外部電路連接；所述的單片機還連接OLED顯示屏、按鍵、通訊電路和狀態(tài)輸出電路。本實用新型能夠提高采集穩(wěn)定性，純數(shù)字化調制解調，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，大量使用集成電路，降低了產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的可用率和易用性，降低了維護及銷售成本。
【專利說明】
一種LVDT/RVDT調制解調器
技術領域
[0001]本實用新型涉及變壓器領域，具體涉及一種LVDT/RVDT調制解調器。
【背景技術】
[0002]LVDT可以用來測量物體的伸長度、震動頻率、振幅、物體厚薄程度以及膨脹度等精確數(shù)據(jù)，具有眾多值得稱道的優(yōu)勢和特點，其中包括以下幾個方面:
[0003]I)無摩擦測量
[0004]LVDT的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT是沒有摩擦的部件。它可以被用于承受輕質鐵芯負荷，但無法承受摩擦負荷的數(shù)據(jù)測量。舉兩個例子，精密材料的沖擊撓度或振動測試，或纖維以及其它高彈材料的拉伸或蠕變測試。
[0005]2)無限的機械壽命
[0006]由于LVDT的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會產(chǎn)生任何磨損。這樣LVDT的機械壽命，理論上是無限長的。在對材料和結構進行疲勞測試等應用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、導彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設備中的高可靠性機械裝置也同樣重要。因此LVDT在航空發(fā)動機數(shù)字控制系統(tǒng)中，廣泛應用于對油門桿位置、油針位置、導葉位置、噴口位置等位移進行精確測量與控制。
[0007]3)無限的分辨率
[0008]LVDT的無摩擦運作及其感應原理使它具備顯著的特性，即真正的無限分辨率，LVDT能對鐵芯最微小的運動作出響應并生成輸出，外部電子設備的可讀性是對分辨率的唯一限制。
[0009]4)零位可重復性
[0010]LVDT構造對稱，電氣零位可重復性高，且極其穩(wěn)定。用在高損益閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT是非常出色的電氣零位指示器，它還用于復合輸出與零位的兩個自變量成比例的比率系統(tǒng)。
[0011]5)軸向抑制
[0012]LVDT對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT可以用于測量不是按照精準直線運動的鐵芯，例如，可以把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。
[0013]6)堅固耐用
[0014]制造LVDT所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為堅固耐用的傳感器，即使受到工業(yè)環(huán)境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT也能繼續(xù)發(fā)揮作用。鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈內壁間插入非磁性隔離物，把加壓的、腐蝕性或堿性液體與線圈組隔離開。這樣線圈組實現(xiàn)氣密封，不再需要對運動構件進行動態(tài)密封。對于加壓系統(tǒng)內的線圈組，只需使用靜態(tài)密封即可。
[0015]7)環(huán)境適應性
[0016]LVDT是少數(shù)幾個可以在多種惡劣環(huán)境中工作的傳感器之一。例如，密封型LVDT采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時，LVDT被要求在極端惡劣的環(huán)境下工作。例如，在類似液氮的低溫環(huán)境中。又如，在核反應堆主安全殼內工作的LVDT，工作溫度高至550°C，外加1Rads的輻射和/或3X10NVT的中子通量。再如，在210bar承壓流體中工作的LVDTt3LVDT設計巧妙，可以同時適應多種惡劣環(huán)境。但是，需要特別注意的是，雖然在大多數(shù)情況下，LVDT具有無限的工作壽命(理論上)，當置于惡劣環(huán)境下的LVDT，工作壽命卻因環(huán)境不同的各不相同。
[0017]8)輸入/輸出隔咼
[0018]LVDT被認為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入(初級)和輸出(次級)是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認為它是一種有效的模擬信號計算元件。在高效的測量和控制回路中，它的信號線與電源地線是分離開的。
[0019]RVDT非接觸設計，具有無限分辨率、使用壽命長，精度高的特點，可實現(xiàn)360°轉動測量，廣泛應用于球閥的閥位、液壓栗、叉車、機器人、風機等設備的傳動和反饋控制。
[0020]基于以上優(yōu)點，LVDT和RVDT具有很廣泛的應用場景，CN201269738Y提出了一種LVDT/RVDT調制解調器，但是其存在以下幾個方面的問題:
[0021 ] 1:集成度低，整個系統(tǒng)元件多；
[0022]2:通訊功能弱，不能適應目前控制系統(tǒng)對通訊功能的要求；
[0023]3:沒有人機交互設計，不適應現(xiàn)場操作；
[0024]4:故障診斷能力差，不能進行模塊故障診斷；
[°°25] 5:輸出信號單一，適應性差。
【實用新型內容】
[0026]本實用新型的目的在于針對上述現(xiàn)有技術中的問題，提供一種LVDT/RVDT調制解調器，其集成度高，具備自檢能力，能夠進行現(xiàn)場人機交互以及在同一接線位置實現(xiàn)多種信號輸出。
[0027]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0028]包括單片機，單片機的HVM信號輸出端依次經(jīng)過第一低通濾波電路以及電壓信號放大電路連接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次經(jīng)過信號源調理電路與第二低通濾波電路將反饋信號再發(fā)送至單片機，單片機的電壓信號輸出端經(jīng)過信號輸出調理電路與外部電路連接;所述的單片機還連接OLED顯示屏、按鍵、通訊電路和狀態(tài)輸出電路。
[0029]所述單片機工作時鐘> 10Mhz，32位，具有兩路AD，采樣至少200KSPS，具有兩路PWM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十個通用1管腳;其中AD用于采集LVDT/RVDT次級線圈信號，PWM或者DA用于輸出電壓和輸出產(chǎn)生的激勵信號，SPI/IIC用于驅動OLED顯示屏，通用1管腳用于按鍵采集和狀態(tài)輸出，UART用于實現(xiàn)通訊功能。
[0030]所述的第一低通濾波電路和第二低通濾波電路的帶寬相同。
[0031]所述的第一低通濾波電路和第二低通濾波電路的帶寬為5KHz，并采用至少兩階濾波。
[0032]所述的電壓信號放大電路輸出電壓為20Vpp，驅動電流>60mA。
[0033]所述的信號源調理電路將LVDT/RVDT次級線圈的電壓調整為O?3V，且信號源調理電路的放大倍數(shù)與電壓信號放大電路放大倍數(shù)互成倒數(shù)。
[0034]所述的通訊電路采用RS-485電平，能夠實現(xiàn)Prof iBus-DP從站、MODBUS從站、SS1、脈沖輸出四種功能。
[0035]所述的信號源調理電路與第二低通濾波電路均設置有兩路。
[0036]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的單片機發(fā)送PffM信號，經(jīng)過第一低通濾波電路進行濾波，輸出電壓經(jīng)過電壓放大電路驅動并放大，發(fā)送至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT的次級線圈返回幅度與鐵芯位置成正比的正弦波信號，該輸出正弦波信號與輸入正弦波信號同頻，然后經(jīng)過信號源調理電路與第二低通濾波電路反饋至單片機。單片機的電壓信號輸出端經(jīng)過信號輸出調理電路連接外部電路，單片機還連接OLED顯示屏、按鍵、通訊電路和狀態(tài)輸出電路，通過OLED和按鍵可實現(xiàn)現(xiàn)場零位、滿位矯正，并實時顯示采集位置，方便現(xiàn)場維護，通訊電路完成通訊功能，狀態(tài)輸出電路提供通過繼電器輸出模塊是否正常的指示。本實用新型能夠提高采集穩(wěn)定性，純數(shù)字化調制解調，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，大量使用集成電路，降低了產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品的可用率和易用性，降低了維護及銷售成本。
【附圖說明】
[0037]圖1本實用新型的整體結構框圖；
[0038]圖中:1.0LED顯不屏;2.按鍵;3.電壓信號放大電路;4.第一低通濾波電路;5.信號源調理電路;6.第二低通濾波電路;7.單片機;8.信號輸出調理電路;9.通訊電路；10.狀態(tài)輸出電路。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0040]參見圖1，本實用新型包括單片機7，單片機7的PWM信號輸出端依次經(jīng)第一低通濾波電路4及電壓信號放大電路3連接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次經(jīng)信號源調理電路5與第二低通濾波電路6將反饋信號再發(fā)送至單片機7，單片機7的電壓信號輸出端經(jīng)信號輸出調理電路8與外部電路連接;單片機7還連接OLED顯示屏1、按鍵2、通訊電路9和狀態(tài)輸出電路
10。本實用新型單片機7是整個調制解調器的核心，接受按鍵2操作指令，控制OLED顯示屏I進行顯示，并輸出激勵信號，驅動LVDT/RVDT初級線圈，采集LVDT/RVDT次級線圈信號，在單片機7內部進行解調運算，將結果通過信號輸出調理電路8輸出，完成整個LVDT/RVDT信號調制解調過程，同時單片機7將結果及狀態(tài)封裝成數(shù)字信息，通過通訊電路9輸出，通訊電路9自身的狀態(tài)通過狀態(tài)輸出電路1以數(shù)字量輸出的方式進行輸出。
[0041 ] 下面逐項進行說明:
[0042]1:0LED顯示屏，采用不低于128*64分辨率的顯示屏，用于顯示調制解調器狀態(tài)以及實時采集的位置值(可設置為以百分數(shù)或者實際工程量的方式進行顯示)；
[0043]2:按鍵，可采用普通機械案件或者薄膜按鍵，提供模式切換，調零確認、調滿確認、故障查詢、輸出模式配置、通訊地址設定等操作，設置有三個；
[0044]3:電壓信號放大電路，將第一低通濾波電路4輸出的電壓進行驅動并放大，使輸出電壓可達到20Vpp，驅動電流>60mA，用于驅動現(xiàn)場傳感器；
[0045]4:第一低通濾波電路，將單片機輸出的電壓進行濾波，平滑單片機輸出的電壓，降低激勵電壓的諧波，低通濾波帶寬一般設計為5KHz，并采用至少2階濾波；
[0046]5:信號源調理電路，將LVDT/RVDT次級線圈的電壓調整到O?3V，以滿足單片機AD進行采集，此處放大倍數(shù)與電壓信號放大電路3放大倍數(shù)正好成倒數(shù)，因為最多有兩個次級線圈，因此信號源調理電路設計兩路，也可降低成本，只用一路，此時若LVDT/RVDT有兩路次級線圈，可將兩個線圈串聯(lián)起來形成一個次級線圈接入；
[0047]6:第二低通濾波電路，將信號源調理電路5的電壓進行低通濾波，帶寬一般同第一低通濾波電路4，提尚米集穩(wěn)定度；
[0048]7:單片機，采用高性能單片機，其資源要求為工作時鐘>100Mhz，32位，兩路AD，采樣至少200KSPS，具有兩路HVM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十個通用IO管腳，其中AD用于采集LVDT/RVDT次級線圈信號，PffM或者DA用于輸出電壓和輸出激勵信號產(chǎn)生，SPI/IIC用于驅動OLED顯示屏，通用IO管腳用于按鍵采集和狀態(tài)輸出，UART用于通訊功能實現(xiàn)；
[0049]8:信號輸出調理電路，用于將單片機7輸出的電壓調整成需要輸出的電流或電壓信號，采用集成芯片，提高集成度；
[0050]9:通訊電路，完成通訊功能的物理信號驅動，采用RS-485電平，可實現(xiàn)ProfiBus-DP從站、MODBUS從站、SSI、脈沖輸出四種功能；
[0051 ] IO:狀態(tài)輸出電路，通過繼電器輸出模塊是否正常的指示，模塊故障狀態(tài)輸出與未上電狀態(tài)相同，常開觸點。
[0052]本實用新型采用高性能單片機，將CPU、外設、存儲芯片集成在一起，將數(shù)據(jù)采集、輸出、高速運算、傳輸集成在一塊芯片內，提高控制器的集成度，大大降低電路板尺寸，減小控制器尺寸。采用ProfiBus-DP、Modbus等現(xiàn)場總線技術，并針對每種通信對LVDT/RVDT調制解調器進行數(shù)據(jù)描述建模，實現(xiàn)控制器的通訊功能。選用OLED顯示屏和按鍵進行人機交互，解決控制器現(xiàn)場操作問題。每種通道均設計自檢電路，并和自檢程序相配合，實現(xiàn)通道自檢。通過集成輸出電路，在同一接線位置實現(xiàn)多種信號輸出。本實用新型通過OLED顯示屏和按鍵能夠實現(xiàn)現(xiàn)場零位、滿位矯正，并實時顯示采集位置，方便現(xiàn)場維護。本實用新型能夠提高采集穩(wěn)定性，純數(shù)字化調制解調，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，并且大量使用集成電路，能夠降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品可用率和易用性，也降低了維護及銷售成本。
【主權項】
1.一種LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:包括單片機(7)，單片機(7)的PffM信號輸出端依次經(jīng)過第一低通濾波電路(4)以及電壓信號放大電路(3)連接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次經(jīng)過信號源調理電路(5)與第二低通濾波電路(6)能將反饋信號再發(fā)送至單片機(7)，單片機(7)的電壓信號輸出端經(jīng)過信號輸出調理電路(8)與外部電路連接;所述的單片機(7)還連接OLED顯示屏(I)、按鍵(2)、通訊電路(9)和狀態(tài)輸出電路(10)。2.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的單片機(7)工作時鐘> 10Mhz，32位，具有兩路AD，采樣至少200KSPS，具有兩路PffM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十個通用1管腳;其中AD用于采集LVDT/RVDT次級線圈信號，PWM或者DA用于輸出電壓和輸出產(chǎn)生的激勵信號，SPI/IIC用于驅動OLED顯示屏(I)，通用1管腳用于按鍵(2)采集和狀態(tài)輸出，UART用于實現(xiàn)通訊功能。3.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的第一低通濾波電路(4)和第二低通濾波電路(6)的帶寬相同。4.根據(jù)權利要求1或3所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的第一低通濾波電路(4)和第二低通濾波電路(6)的帶寬為5KHz，并采用至少兩階濾波。5.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的電壓信號放大電路(3)輸出電壓為20Vpp，驅動電流>60mA。6.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的信號源調理電路(5)將LVDT/RVDT次級線圈的電壓調整為O?3V，且信號源調理電路(5)的放大倍數(shù)與電壓信號放大電路(3)放大倍數(shù)互成倒數(shù)。7.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的通訊電路(9)采用RS-485電平，能夠實現(xiàn)Prof iBus-DP從站、MODBUS從站、SS1、脈沖輸出四種功能。8.根據(jù)權利要求1所述的LVDT/RVDT調制解調器，其特征在于:所述的信號源調理電路(5)與第二低通濾波電路(6)均設置有兩路。
【文檔編號】G01D5/22GK205561866SQ201620053789
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年1月20日
【發(fā)明人】方紅亮, 羅永超, 馬茗
【申請人】西安強源電氣有限公司