位移傳感器LVDT、RVDT的原理分析及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

LVDT 傳感器（Linear Variable Differential Transformer）：差動(dòng)變壓器式直線位移傳感器，可用于液位高度測(cè)量，發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)計(jì)量活門開度測(cè)量，與壓力應(yīng)變片配合做壓力傳感器等。LVDT傳感器是液壓控制系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的傳感器。

RVDT傳感器（Rotary Variable Differential Transformer）：差動(dòng)變壓器式角位移傳感器，通常用于采集駕駛桿、駕駛盤、方向舵腳蹬等位移信號(hào)及顯示舵面位置信號(hào)（如方向舵、升降舵、副翼、襟縫翼、擾流板等）并轉(zhuǎn)換成角度值進(jìn)行顯示。

LVDT、RVDT傳感器推薦使用在需要高可靠性，耐受惡劣環(huán)境的場(chǎng)合。

LVDT、RVDT傳感器原理簡(jiǎn)介

LVDT傳感器主要由鐵芯、骨架、激磁繞組、輸出繞組、連桿、擋板、外殼等這幾部分組成。骨架的上面分布著激磁繞組和輸出線圈，桿狀鐵芯位于線圈的內(nèi)部且可以進(jìn)行自由移動(dòng)。在鐵芯的位置移動(dòng)到中間時(shí)，這兩個(gè)輸出線圈會(huì)生成相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這就使得輸出電壓等于零；在鐵芯的位置偏離中點(diǎn)但仍然在線圈的內(nèi)部移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)輸出線圈生成不相等的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，輸出電壓不為零，位移量的多少?zèng)Q定著輸出電壓的大小。

圖1：LVDT傳感器結(jié)構(gòu)圖

RVDT傳感器實(shí)際上也是鐵芯可動(dòng)變壓器，由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、鐵芯、線圈骨架、外殼等部分組成。當(dāng)鐵芯處于線圈骨架的中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈輸出的電動(dòng)勢(shì)V1和V2相等，輸出電壓為零。當(dāng)鐵芯偏離中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈的電動(dòng)勢(shì)V1和V2不相等，輸出一定的電壓。

下圖左是經(jīng)典4極RVDT的結(jié)構(gòu)圖，圖右是三相6/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)的示意圖。從對(duì)比中可以看出，RVDT的結(jié)構(gòu)上與開關(guān)磁阻電機(jī)有類比之處，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上可以借鑒。

圖2：經(jīng)典4極RVDT結(jié)構(gòu)圖與三相6/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電機(jī)示意圖

不考慮線圈寄生電容及鐵芯產(chǎn)生的損耗，LVDT、RVDT等效原理圖都可以如下：

圖3：LVDT、RVDT等效原理圖

在一次線圈受到恰當(dāng)頻率的電壓激勵(lì)的時(shí)候，按照變壓器的工作原理，兩個(gè)二次線圈中便會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。假設(shè)在工藝上確定變壓器的結(jié)構(gòu)是完全對(duì)稱的，那么在鐵芯位于初始平衡位置的時(shí)候，兩個(gè)二次線圈的互感系數(shù)能夠相等即此時(shí)差動(dòng)變壓器的輸出電壓等于零。當(dāng)鐵芯位置移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)輸出線圈采用反向串聯(lián)時(shí)的輸出電壓與鐵芯位移成線性關(guān)系。

LVDT、RVDT的傳感器本體與外接解調(diào)電路，解調(diào)電路分為相敏解調(diào)電路和無(wú)相移解調(diào)電路。一般目前以無(wú)相移解調(diào)電路為主。

LVDT、RVDT傳感器的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

01.環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，堅(jiān)固耐用

LVDT、RVDT傳感器為非接觸式位移傳感器，線圈和鐵芯之間沒有摩擦接觸，不會(huì)產(chǎn)生任何磨損。不考慮電平轉(zhuǎn)換和調(diào)理模塊，傳感器本體均為機(jī)械結(jié)構(gòu)，具有極高的可靠性。某型RVDT傳感器應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)載環(huán)境（單機(jī)裝24臺(tái)），從試飛起，在近三年時(shí)間內(nèi)，共隨6架飛機(jī)累計(jì)飛行4478起落/1153h46min，未有一臺(tái)從外場(chǎng)返回。

02.零位穩(wěn)定，精度高

初級(jí)、次級(jí)線圈電氣隔離，精度幾乎不受負(fù)載、共模電壓或輸入諧波及噪聲影響。

03.抗沖擊能力強(qiáng)，耐振極限高

LVDT、RVDT傳感器可安裝在航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，耐受沖擊和振動(dòng)考核。

04.動(dòng)態(tài)性能好

理論上有無(wú)限分辨率。動(dòng)態(tài)性能好，可用于高速在線檢測(cè)。

審核編輯：符乾江