基于單片機的LVDT位移測量傳感器設計

0 引言

常規(guī)的測試儀器儀表和控制裝置被更先進的智能儀器所取代，使得傳統(tǒng)的電子測量儀器在遠離、功能、精度及自動化水平定方面發(fā)生了巨大變化，并相應的出現了各種各樣的智能儀器控制系統(tǒng)，使得科學實驗和應用工程的自動化程度得以顯著提高。

本文設計的電子秤以單片機為主要部件，用匯編語言進行軟件設計，硬件則以差動變壓器式（LVDT）位移傳感器為主，測量0~10mm.傳感器輸出的電量是模擬量，數值比較小達不到A/D轉換接收的電壓范圍。所以送A/D轉換之前要對其進行前端放大、整形濾波等處理。然后，A/D轉換的結果才能送單片機進行數據處理并顯示。

1 設計目的

差動變壓器式（LVDT）位移傳感器廣泛應用于工業(yè)現場和測試領域，如過程檢測和自動控制、形變測量等，適用于油污、光照等惡劣環(huán)境。這種傳感器可靠而耐用，但選用它監(jiān)控機械位移量，還需設計與傳感器配套的測量裝置 研制開發(fā)的位移測量裝置適用于工業(yè)現場和多種測試領域。按照使用的要求，系統(tǒng)可實現：有效量程10mm,精度0.0lmm; LED同時顯示1-4路測量值；零點值重置等功能。 通過本文夫人設計，達到以下三點：

（1）通過本次課程設計加深對差動變壓器電感傳感器在工程實踐中的應用的了解；

（2）掌握用這種傳感器組成位移測量系統(tǒng)的原理和方法；

（3）進一步掌握這種傳感器的性能特點和工程應用。

2 系統(tǒng)設計原理

本系統(tǒng)采用內含4KB程序存儲器的8位單片微型計算機89C51,其內部4KB程 序存貯器可以滿足本系統(tǒng)的需求，同時可以較大限度地減少外圍器件；按照有效量程和精度，本系統(tǒng)選用國內廠家的配套產品 AC-LVDT傳感器；使用四組（每組5個）LED七段數碼管同時顯示四路測量值；用于過程控制的信號采樣應較快，應采用較高速的A/D轉換器。主程序流程圖、系統(tǒng)原理圖分別如圖1、圖2所示。

圖1主程序流程圖

圖2系統(tǒng)原理圖

3 硬件電路設計

3.1傳感器的工作原理

差動變壓器由一只初級線圈和二只次線圈及一個鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗采用三段式結構。當差動變壓器隨著被測體移動時差動變壓器的鐵芯也隨著軸向位移，從而使初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應電勢產生變化，一只次級感應電勢增加，另一只感應電勢則減少，將兩只 次級反向串接（同名端連接），就引出差動電勢輸出。利用兩個線圈之間互感的變化引起感應電勢的變化，來獲得與被測量成一定函數關系的輸出電壓，實現非電量的測量。應用最多的是螺線管式差動變壓器，它可以測量1~100（mm）范圍內的機械位移、150HZ

以下的低頻振動、加速度、應變、比重、張力、厚度、稱重等一、切能引起機械位移變 化的非電物理量。

圖3測量原理框圖

本次差動變壓器的原理是建立在CSY2000型傳感器實訓臺的基礎上的。差動變壓器電感傳感器具有結構簡單、性能優(yōu)越、測量精度高、靈敏度高和價格合理等優(yōu)點。

3.2差動變壓器傳感器安裝

（1）將差動變壓器和測微頭（參照附：測微頭使用）安裝在實驗模板的支架座上，如下圖4所示。

關鍵詞： 單片機 LVDT 位移測量傳感器