線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）是一種準(zhǔn)確可靠的線性距離測(cè)量方法。LVDT可用于現(xiàn)代機(jī)床，機(jī)器人，航空電子設(shè)備和計(jì)算機(jī)化制造。

如圖1所示，LVDT是一個(gè)位置電傳感器，其輸出與可移動(dòng)磁芯的位置成正比。鐵芯在變壓器內(nèi)線性移動(dòng)，變壓器由一個(gè)中心初級(jí)線圈和兩個(gè)纏繞在圓柱形上的外部次級(jí)線圈組成。初級(jí)繞組由交流電壓源（通常為幾kHz）激勵(lì)，感應(yīng)出隨組件內(nèi)磁芯位置變化的次級(jí)電壓。磁芯通常是螺紋的，以便于連接到非鐵磁棒上，而非鐵磁棒又連接到正在測(cè)量其運(yùn)動(dòng)或位移的物體上。

圖1：線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）

次級(jí)繞組彼此異相纏繞。當(dāng)磁芯居中時(shí)，兩個(gè)次級(jí)繞組中的電壓相互對(duì)立，凈輸出電壓為零。當(dāng)磁芯移離中心時(shí)，磁芯移向的次級(jí)電壓增加，而相反的電壓降低。結(jié)果是差分電壓輸出隨磁芯位置線性變化。線性度在設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)非常出色，通常為 0.5% 或更高。LVDT 具有良好的精度、線性度、靈敏度、無(wú)限分辨率、無(wú)摩擦操作和機(jī)械堅(jiān)固性。

不同的LVDT具有多種測(cè)量范圍，通常從±100 μm到±25 cm。典型激勵(lì)電壓范圍為1 V至24 V rms，頻率范圍為50 Hz至20 kHz。請(qǐng)注意，當(dāng)磁芯居中時(shí)，由于兩個(gè)次級(jí)繞組和漏感之間的不匹配，不會(huì)出現(xiàn)真正的零點(diǎn)。此外，輸出電壓的簡(jiǎn)單測(cè)量，V外不會(huì)告訴核心所在的空位置的一側(cè)。

圖 2：改進(jìn)的 LVDT 輸出信號(hào)處理

消除這些困難的信號(hào)調(diào)理電路如圖2所示，其中減去兩個(gè)輸出電壓的絕對(duì)值。使用這種技術(shù)，可以測(cè)量中心位置的正向和負(fù)向變化。雖然可以使用二極管/電容型整流器作為絕對(duì)值電路，但圖3所示的精密整流器更精確，線性更高。輸入施加于V/I轉(zhuǎn)換器，V/I轉(zhuǎn)換器反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)模擬乘法器。差分輸入的符號(hào)由比較器檢測(cè)，比較器的輸出通過(guò)模擬乘法器切換V/I輸出的符號(hào)。最終輸出是輸入絕對(duì)值的精確復(fù)制品。IC設(shè)計(jì)人員非常了解這些電路，并且易于在現(xiàn)代雙極性工藝上實(shí)現(xiàn)。

圖3：精密絕對(duì)值電路（全波整流器）

工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AD598 LVDT信號(hào)調(diào)理器（如圖4所示）執(zhí)行所有必需的LVDT信號(hào)處理。片內(nèi)激勵(lì)頻率振蕩器可通過(guò)單個(gè)外部電容在20 Hz至20 kHz范圍內(nèi)設(shè)置。兩個(gè)絕對(duì)值電路后跟兩個(gè)濾波器用于檢測(cè)A通道和B通道輸入的幅度。然后使用模擬電路生成比率函數(shù)（A–B）/（A+B）。請(qǐng)注意，假設(shè)LVDT輸出電壓幅度之和在工作范圍內(nèi)保持不變，則此功能與初級(jí)繞組激勵(lì)電壓的幅度無(wú)關(guān)。大多數(shù)LVDT都是這種情況，但如果LVDT數(shù)據(jù)手冊(cè)中未指定，用戶應(yīng)始終與制造商聯(lián)系。另請(qǐng)注意，這種方法需要使用五線LVDT。

圖4：AD598 LVDT信號(hào)調(diào)理器（簡(jiǎn)化）

單個(gè)外部電阻將AD598的激勵(lì)電壓設(shè)置為大約1 V至24 V rms。驅(qū)動(dòng)能力為 30 mA rms。AD598可以在300英尺電纜末端驅(qū)動(dòng)LVDT，因?yàn)殡娐凡皇芟嘁苹蚪^對(duì)信號(hào)幅度的影響。V位置輸出范圍外對(duì)于 6mA 負(fù)載，電壓為 ±11 V，可驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)達(dá) 1，000 英尺的電纜。五世一個(gè)和 VB輸入可低至100 mV rms。

AD698 LVDT信號(hào)調(diào)理器（圖5）的規(guī)格與AD598相似，但使用同步解調(diào)處理信號(hào)的方式略有不同。A 和 B 信號(hào)處理器分別由一個(gè)絕對(duì)值函數(shù)和一個(gè)濾波器組成。然后將A輸出除以B輸出，以產(chǎn)生與激勵(lì)電壓幅度無(wú)關(guān)的比率輸出。請(qǐng)注意，在AD698中，LVDT次級(jí)電壓的總和不必保持不變。

圖5：AD698 LVDT信號(hào)調(diào)理器（簡(jiǎn)化）

AD698還可以與半橋LVDT（類似于自耦變壓器）配合使用，如圖6所示。在這種布置中，整個(gè)次級(jí)電壓施加到 B 處理器，而中心抽頭電壓施加到 A 處理器。半橋LVDT不產(chǎn)生零電壓，A/B比表示內(nèi)核的行程范圍。

圖 6：半橋 LVDT 配置

請(qǐng)注意，LVDT概念可以以旋轉(zhuǎn)形式實(shí)現(xiàn)，在這種情況下，該器件稱為旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器（RVDT）。軸相當(dāng)于LVDT中的鐵芯，變壓器繞組纏繞在組件的固定部分。然而，RVDT在相對(duì)較窄的旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)是線性的，并且無(wú)法測(cè)量完整的360°旋轉(zhuǎn)。雖然能夠連續(xù)旋轉(zhuǎn)，但典型的RVDT在圍繞零點(diǎn)位置（0°）約±40°的范圍內(nèi)是線性的。典型靈敏度為2.5 mV/V/旋轉(zhuǎn)度，輸入電壓在3 V rms范圍內(nèi)，頻率在400 Hz至20 kHz之間。0° 位置標(biāo)記在軸和主體上。

審核編輯：郭婷