Входные преобразователи. Обработка сигнала, страница 6

Измерительные приборы в электрических измерениях

Во втором варианте (рис. 3.8(b)) изменяется только 1_а. При 1_а = 2х зависимость становится гиперболической относительно х

Датчик смещения, в котором используется изменение магнитного сопротивления, включается в мостовую схему с целью получения линейной передаточной характеристики. Использование двух таких датчиков с изменяемым магнитным сопротивлением в мостовой схеме, кроме обеспечения линейности, сводит к нулю силу взаимодействия между сердечником и якорем. Эта магнитная сила может быть достаточно большой, значительно отличаясь от силы Кулона в емкостном датчике. Из условия баланса энергии можно вывести, что при условии, что через катушку индуктивности протекает постоянный ток от источника тока. Так как Цх) — нелинейная функция х, то сила F зависит от х.

Величину индуктивности, являющуюся мерой смещения, можно определить, используя мостовую схему или включив катушку индуктивности в схему генератора.

Индуктивным датчиком, в котором используется изменение взаимной индукции между двумя катушками, является дифференциальный трансформатор. Как следует из названия, этот датчик используется в балансной схеме (см. рис. 3.9). Величина связи между  первичной и  вторичной  обмотками  зависит от  положения сердечника.  Например,  если   сердечник  сдвинут   вверх

Рис. 3.8. (а) Индуктивный датчик смещения, основанный на изменении действующего числа витков. (b) Индуктивный датчик с изменяемым магнитным сопротивлением.

Рис. 3.9. (а) Дифференциальный трансформатор для измерения смешения с двумя пиковыми детекторами. (b) Поперечный разрез дифференциального трансформатора, (с) Передаточная характеристика V = V(x).

(рис. 3.9(а)), то связь между первичной обмоткой и верхней вторичной обмоткой увеличивается и поэтому увеличивается выходное напряжение на этой обмотке. Переменное напряжение верхней вторичной обмотки преобразуется пиковым детектором в постоянное напряжениеV₁. На рис. 3.9(с) это напряжение представлено как функция положения х сердечника. На графике хорошо видна сильная нелинейность этой функции. Выпрямленное напряжение нижней вторичной обмотки представлено на том же графике как  -V₂. Сумма этих двух напряжений образует выходное напряжение V₀= =V₁-V₂ . Для малых смещений х центра сердечника относительно положения х = 0 выходное напряжение V₀ линейно зависит от х: нелинейность характеристик двух рассмотренных цепей полностью компенсируется. Дифференциальная чувствительность рассмотренного датчика смещения пропорциональна напряжению источника, подключенного к первичной обмотке. Существуют дифференциальные трансформаторы для измерения смещения в диапазонах от ± 1 мм до ±25 см. Нелинейность во всем диапазоне равна приблизительно 2,5х10-³. Рабочие частоты находятся в пределах от 50 Гц до 10 кГц. Чувствительность дифференциального трансформатора при расположении сердечника в среднем положении и напряжении питания 1 В составляет для диапазона измерения ±1 мм величину порядка 240 мкВ / мкм, а для диапазона ±25 см —  приблизительно    4 мкВ / мкм.

Оптические датчики смещения

Смещение можно обнаружить также оптически с помощью кодирующей ленты (при поступательном движении) или поворотного кодера (при вращении). На рис.3.10(а) показан оптический датчик смещения, в котором применена кодирующая лента, на которой в несколько рядов чередуются прозрачные и непрозрачные участки. Положение ленты преобразуется непосредственно в цифровой сигнал узким лучом света и рядом световых датчиков.

Измерительные приборы в электрических измерениях

Цифровой код определяется расположением прозрачных и непрозрачных полос на ленте.