如何提高电感传感器测量的灵敏度?
电感位移传感器的实质,是将敏感元件的变化量转化成电压幅值的变化量来进行测量,其广泛应用于检测微小位移量的检测系统中,因此对电感传感器的测量精度和灵敏度要求很高。电感位移传感器的灵敏度是指输出电压的增量与侧头位移增量的比。在其他条件相同的情况下提高灵敏度可以提高系统的最小分辨率和精度。提高电感传感器灵敏度的方式有多种,但目前主要都是通过对电感传感器的信号调理电路的改进来实现。文中尝试通过谐振电路改变传感器的输出信号,从信号源头增大传感器灵敏度。这种方法相当于对传感器本身进行改进,使得它还可以与其他改进技术如:传感器激励源、输出信号处理、计算机软件补偿等兼容以共同提高整个系统的性能。
在仿真之前,先结合工程实际情况对仿真条件进行一些设定:
(1)激励电源:频率为7.5 kHz,峰峰值为5 V的交流电。
(2)传感器:总电感值为10mH差动电感传感器,线性范围为3~7mH,电感的自身的电阻值为54Ω。
对全桥电路的仿真与半桥的方法类似,需要注意的是希望电桥在L1=L2=5 mL时平衡,所以对于匹配电阻的选取需要根据仿真条件计算对于电路I:R3=R4=|jw×0.005+R1|=237 Ω;电路II:R3=R4=|(jwL+R1)∥(1/jwC1)|=817Ω;电路III:R3=R4=|jwL+R1+(1/jwC1)|=98Ω。
对于使用电容的电路,同样对不同的电容值条件下的电路进行仿真,选出性能最好的如图5所示。
如表1所示,为各电路的灵敏度和线性度,可以在损失较小线性度条件下,将灵敏度提高。对于半桥虽然将灵敏度提高了近200%,但牺牲的线性度较大。串联电容的方式灵敏度几乎没有增大。性能最好的是并联电容后的全桥电路,灵敏度提升了113%,且损失的线性度较小,只比原来增大21.7%,而且实际应用中,可以通过软件补偿和事先标定来弥补线性度的不足。
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