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竞彩足球比分动画直播:AD698是一個完整的單片線性可變差動變壓器(LVDT)信號調理子系統

時間:2019-12-10, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

球探比分即时足球比分竞彩足球比分足彩比分直播 www.fdnax.tw 特征

包含內部振蕩器和參考電壓;無需調整;半橋接口,4線L V DT;直流輸出與位置成比例;20赫茲至20千赫頻率范圍;單極或雙極輸出;也會解碼交流信號;出色的表現;線性度:0.05%;輸出電壓:611V;G ain漂移:20 ppm/8C(典型);偏移漂移:5 ppm/8C(典型)。

產品描述

AD698是一個完整的單片線性可變差動變壓器(LVDT)信號調理子系統。它與LVDTs結合使用,將傳感器的機械位置轉換為單極或雙極直流電壓,具有很高的精度和重復性。所有的電路功能都包含在芯片中。通過添加一些外部無源元件來設置頻率和增益,AD698將原始LVDT輸出轉換為縮放的直流信號。該設備將使用半橋LVDTs、以串聯對開配置(4線)連接的LVDTs和RVDTs運行。

AD698包含一個低失真正弦波振蕩器來驅動LVDT主電路。AD698的兩個同步解調通道用于檢測一次和二次振幅。該部分將二次輸出除以一次輸出的振幅,再乘以比例因子。這消除了由于主傳動振幅漂移引起的比例因數誤差,提高了溫度性能和穩定性。

AD698采用獨特的比率結構,消除了與傳統LVDT接口方法相關的一些缺點。這種新電路的優點是:無需調整;提高了溫度穩定性;提高了傳感器的互換性。

AD698有兩種性能等級:

產品亮點

1、AD698提供了一個單芯片解決LVDT信號調節問題的方案。所有的有源電路都在單片機上,只有無源元件才能完成從機械位置到直流電壓的轉換。

2、AD698可用于多種不同類型的位置傳感器。該電路經過優化,可用于任何LVDT,包括半橋和串聯反對(4線)配置。AD698可適應各種輸入和輸出電壓及頻率。

3、20Hz至20kHz的激勵頻率由單個外部電容器確定。AD698提供高達24伏rms的差分驅動LVDT主電源,AD698滿足其規格,輸入電平低至100毫伏rms。

4、振蕩器振幅隨溫度的變化不會影響電路的整體性能。AD698計算二次電壓與一次電壓的比值,以確定位置和方向。無需調整。

5、只要不超過功耗限制,多個lvdt可以由單個AD698驅動,可以是插入式或并聯式。勵磁輸出受到熱?;?。

6、AD698可作為簡單機電伺服回路設計中的回路積分器。

7、傳感器二次電壓之和不需要恒定。

典型特性(在+25C和VS=15V時,除非另有說明)°

操作理論

下面的圖5顯示了AD698的框圖以及與其輸入端相連的LVDT(線性可變差動變壓器)。LVDT是一個機電轉換器,它的輸入是磁芯的機械位移,輸出是與磁芯位置成比例的交流電壓。兩種流行的LVDT類型是半橋型和系列對向或四線LVDT。在這兩種類型中,可移動磁芯在繞組之間耦合磁通。串聯反向連接的LVDT傳感器由一個由外部正弦波參考源激勵的一次繞組和兩個以串聯反向配置連接的二次繞組組成。當磁芯從中心移開時,串聯二次側的輸出電壓增加。通過測量輸出的相位來檢測運動方向。半橋LVDTs有一個帶中心抽頭的單線圈,工作原理類似于自耦變壓器。勵磁電壓施加在整個線圈上;中心抽頭處的電壓與位置成比例。該裝置的工作原理類似于電阻分壓器。

AD698使LVDT線圈通電,感應LVDT輸出電壓,并產生與磁芯位置成比例的直流輸出電壓。AD698有一個正弦波振蕩器和功率放大器來驅動LVDT。兩個同步解調級可用于解碼一次和二次電壓。解碼器確定輸出信號電壓與輸入驅動電壓(A/B)的比率。濾波器級和輸出放大器用于縮放結果輸出。

振蕩器包括產生三波輸出的多諧振蕩器。三波驅動一個正弦整形器,產生一個低失真正弦波。頻率和振幅由單個電阻器和電容器決定。輸出頻率范圍為20赫茲至20千赫,振幅為2伏至24伏均方根。總諧波失真通常為-50分貝。

AD698通過同步解調調幅輸入(二次)和固定輸入基準(一次或二次或固定輸入之和)來解碼LVDTs。早期解決方案的一個常見問題是驅動振蕩器振幅的任何漂移直接對應于輸出中的增益誤差。AD698通過計算LVDT輸出與輸入激勵之比來消除這些誤差,以消除任何漂移效應。該裝置與AD598 LVDT信號調節器的不同之處在于,它實現了不同的電路傳輸功能,并且不要求LVDT二次元件(a+B)的總和與行程長度恒定。

AD698框圖如下所示。輸入端由兩個獨立的同步解調通道組成。B通道設計用于監測LVDT的驅動激勵。全波整流輸出經C2濾波后送入計算電路。通道A是相同的,只是比較器是分開固定的。由于A信道可以在LVDT為零時達到0v輸出,因此A信道解調器通常由主電壓(B信道)觸發。此外,相位補償網絡可能需要向a信道添加相位超前或滯后,以補償LVDT一次到二次相移。對于半橋電路,相移是非臨界的,并且A通道電壓足夠大,足以觸發解調器。

一旦兩個信道都被解調和濾波,就使用一個用占空比乘法器實現的除法電路來計算a/B比。除法器的輸出是一個占空比。當A/B等于1時,占空比等于100%。(該信號可按需要脈沖寬度調制輸出的情況使用。)占空比驅動一個電路,該電路調制和過濾與占空比成比例的參考電流。輸出放大器將500微安的參考電流轉換成電壓。因此,輸出傳遞函數為:

連接AD698

如圖7、8和13所示,AD698可輕松連接以進行雙電源或單電源操作。以下一般設計程序演示如何選擇外部組件值,并可用于滿足AD698輸入/輸出標準的任何LVDT。A和B通道以及A通道比較器的連接將取決于使用的傳感器。一般來說,請遵循以下準則。

用外部無源元件設置的參數包括:激勵頻率和振幅、AD698輸入信號頻率和標度因數(V/英寸)。此外,還有可選功能:偏移零點調整、濾波和信號集成,可以通過添加外部組件來實現。

設計程序雙電源操作

圖7顯示了半橋LVDTs的連接方法。圖8展示了在串聯反向配置中連接的3線和4線LVDTs的連接。兩個例子都使用雙±15伏電源。

A.確定振蕩器頻率

頻率通常由系統所需的帶寬決定。然而,在某些系統中,頻率被設置為與制造商推薦的LVDT零相頻率相匹配;在這種情況下,請跳到步驟4。

1、確定LVD位置測量子系統F子系統所需的機械帶寬。對于本例,假設fSUBSYSTEM=250赫茲。

2、選擇最小LVDT激勵頻率近似10×FS子系統。因此,讓激勵頻率=2.5 kHz。

3、選擇一個合適的LVDT,它將在2.5khz的激勵頻率下工作。例如,Schaevitz E100將在50赫茲到10千赫的范圍內工作,是本例的合格候選設備。

4、選擇勵磁頻率確定部件C1。

B.確定振蕩器振幅

設置振幅,使主信號處于1.0 V至當LVDT處于機械滿標度位置時,3.5v rms范圍和二次信號在0.25v到3.5v rms范圍內。這優化了線性度并最小化了噪聲敏感性。由于該部分是按比例計算的,因此激勵的確切值相對不重要。

5、確定最佳LVDT激勵電壓VEXC。對于4線LVDT,在其機械滿標度下確定LVDT的電壓轉換比VTR。VTR=LVDT靈敏度×最大行程長度為NULL。

LVDT靈敏度列在LVDT制造商的目錄中,每英寸位移的輸入電壓輸出單位為伏特。E100的靈敏度為2.4 mV/V/mil。如果制造商沒有給出LVDT靈敏度,則可以進行計算。請參閱有關確定LVDT靈敏度的部分。

將一次勵磁電壓乘以電壓互感器,得到機械滿標度時的預期二次電壓。例如,對于靈敏度為2.4 mV/V/mil且滿刻度為±0.1英寸的LVDT,VTR=0.0024 V/V/mil×100 mil=0.24。假設最大激勵為3.5 V rms,最大二次電壓將為3.5 V rms×0.24=0.84 V rms,在可接受的范圍內。

相反地,可以顯式地測量VTR。當LVDT在其典型的驅動水平VPRI上通電時,如制造商所示,將堆芯位移設置到其機械滿標度位置,并測量二次設備的輸出VSEC。計算LVDT電壓轉換比VTR。VTR=VSEC//VPRI。對于E100,VSEC=0.72 V,對于VPRI=3 V。VTR=0.24。

對于LVDT靈敏度較低,或機械FS是總行程長度的一小部分的情況,可能需要大于3.5v rms的輸入激勵。在這種情況下,可以在LVDT一次側放置一個分壓器網絡,以便為+BIN和–BIN輸入提供較小的電壓。例如,如果為了將B信道輸入除以1/2而添加了網絡,則出于組件選擇的目的,VTR也應減小1/2。

檢查電源電壓,確認VA和VB的峰值至少比+VS和–VS處的電壓低2.5伏。

6、參考圖9,對于VS=±15v,選擇圖9中曲線所示的振幅確定組件R1的值。

7、C2、C3和C4是AD698位置測量子系統所需帶寬的函數。它們名義上應該相等。

C2 = C3 = C4 = 10–4 Farad Hz/f5UBSYSTEM (Hz),如果所需的系統帶寬為250赫茲,則C2 = C3 = C4 = 10-4 Farad Hz/250 Hz = 0.4 μF,有關AD698帶寬和相位特性的更多信息,請參見圖14、15和16。

D.設置滿標度輸出電壓

8、計算R2,設置AD698增益或滿標度輸出范圍,需要幾條信息:

a.LVDT靈敏度

b.全尺寸巖芯從零位位移,d:S×d=VTR,也等于機械滿負荷時的比值A/B規模。錄像機應轉換成V/V單位。

對于d英寸的全尺寸位移,電壓超出AD698計算為:

VOUT是相對于信號基準測量的,插腳21,如圖7所示。求解R2,

對于VOUT=±10 V滿量程(20 V量程)和d=±0.1英寸滿量程位移(0.2英寸量程):

圖10顯示了上述示例中作為位移函數的VOUT。

E.輸出電壓擺動的可選偏移量

9、R3和R4的選擇允許正或負輸出電壓偏移調整。

對于無偏移調整,R3和R4應開路。

要設計一個產生0 V至+10 V輸出、位移為+0.1英寸的電路,請將VOUT設置為+10 V,d=0.2英寸,并求解R2的方程式。

這將產生如圖11所示的響應。

在等式(2)中,將VOS設置為5v,并求解R3和R4。因為需要正偏移,所以讓R4開路。重新排列方程(2)和R3的求解:

請注意,應選擇VOS,以便R3不能有負值。

圖12顯示了所需的響應。

設計程序

單電源操作

圖13顯示了單電源連接方法。

對于單電源操作,重復雙電源操作設計程序的步驟1至10。R5、R6和C5是有待確定的附加成分值。VOUT是根據信號參考來測量的。

10、基于關系計算R5和R6的最大值:

11、R5上的電壓降必須大于:

因此

基于R5+R6(步驟10)和R5(步驟11)的約束,選擇一個中間值R6。

12、通過RL的負載電流返回R5和R6的交界處,并流回VPS。在最大負載條件下,確保在步驟11中定義R5上的電壓降。

最后檢查電源電壓時,確認VA和VB的峰值至少比+VS和–VS之間的電壓低2.5伏。

13、C5是0.1至1μF范圍內的旁路電容器。

增益相位特性

要在閉環機械伺服應用中使用LVDT,必須了解傳感器和接口元件的動態特性。一旦磁芯移動,傳感器本身的響應非???。動力學主要來自界面電子學。圖14、15和16顯示了AD698 LVDT信號調節器的頻率響應。請注意,圖15和圖16基本相同;區別在于涵蓋的頻率范圍。圖15顯示了以犧牲精度為代價的更大范圍的機械輸入頻率。

圖16顯示了一個更有限的頻率范圍和更高的精度。這些數字是傳遞函數,輸入被視為正弦變化的機械位置,輸出被視為來自AD698的電壓;傳遞函數的單位是每英寸伏特。圖7中C2、C3和C4的值均相等,并在圖中指定為參數。響應大約是兩個實極點的響應。然而,在較高的頻率下存在明顯的過相位。一個附加的濾波極點可以通過一個并聯電容器穿過R2,如圖7所示;這也會增加相位滯后。

當選擇C2、C3和C4的值來設置系統的帶寬時,需要權衡?!爸繃鰲蔽恢檬涑齙繆勾嬖諼撇?,其大小由濾波電容決定。一般來說,較小的電容器將提供更高的系統帶寬和更大的紋波。圖17和18顯示了作為C2、C3和C4函數的波紋大小,同樣在數值上都相等。另請注意,圖7中R2上的并聯電容器作為參數顯示。使用的R2值為81 kΩ,Schaevitz E100 LVDT。

測定LVDT靈敏度

LVDT靈敏度可以通過測量LVDT二次電壓作為主驅動器和核心位置的函數來確定,并進行簡單的計算。

在其推薦的主驅動器級別VPRI(E100為3v rms)上給LVDT通電。將磁芯位移設置到其機械滿標度位置,并測量二次電壓VA和VB。

從圖19中可以看出,

熱關機和加載注意事項

AD698由熱過載電路?;?。當模具溫度達到165℃時,正弦波激勵幅度逐漸減小,從而降低內部功耗和溫度。

由于譯碼器電路的比率運算,只有很小的誤差來自于激勵幅度的減小。在這些條件下,AD698的信號處理部分繼續滿足其輸出規范。

熱負荷取決于輸送到負荷的電壓和電流以及電源電壓。LVDT一次繞組將對正弦波激勵產生感應負載?;貢匭肟悸搶諾繆購偷緦髦淶南轡喚?,使熱計算更加復雜。

應用

AD598的大多數應用程序也可以用AD698實現。有關詳細說明,請參閱為AD598編寫的應用程序。

見AD598數據表:

–測試環秤

–多個LVDTs的同步運行

–高分辨率位置-頻率電路

–低成本設定值控制器

–機械隨動伺服回路

–差動測量和精密差動測量

交流電橋信號調節器

使用直流激勵的電橋電路經常受到熱電偶效應、1/f噪聲、電子器件中的直流漂移和線路噪聲拾取引起的誤差的困擾。解決這些問題的一種方法是用交流波形激勵電橋,用交流放大器放大電橋輸出,并同步解調產生的信號。在同步解調器的輸出端,將來自電橋的交流相位和幅度信息恢復為直流信號。低頻系統噪聲、直流漂移和解調器噪聲都混合到載波頻率,可以通過低通濾波器去除。

AD698加上一個簡單的交流增益級可用于實現交流電橋。圖20顯示了這樣一個系統的連接。AD698振蕩器為電橋提供交流激勵。低電平電橋信號由A1、A2創建的增益級放大,以向AD698的a信道提供差分輸入。然后,該信號由信道同步檢測。B通道用于檢測電橋激勵水平。然后計算A/B的比值,并通過R2轉換為輸出電壓??梢栽詒冉掀髑懊嫣砑涌裳〉南轡恢禿?超前網絡,以通過電橋和放大器來調整相位延遲,或者如果相位延遲很小,則可以忽略或通過增益調整進行補償。

該電路可用于電阻橋,如應變計,或電感或電容橋,通常用于壓力或流量傳感器。這些傳感器的低電平信號輸出易受噪聲和干擾的影響,是交流信號處理技術的良好候選者。

組件選擇

放大器A1、A2將根據所調節電橋的類型來選擇。電容電橋應使用低偏置電流的放大器;從放大器輸入端到接地端需要一個大的放氣電阻器,以提供直流偏置電流的路徑。電阻和電感橋可以使用更通用的放大器。A1、A2的直流性能不如交流性能重要。由于與載波頻率不同步,諸如電壓偏移等直流誤差將被AD698截斷。

AD698的振蕩器幅度和跨距電阻可以通過首先計算電橋和交流放大器的傳遞函數或靈敏度來選擇。此比率將對應于AD698傳輸函數中的A/B項。例如,假設使用全刻度靈敏度為2 mV/V的電阻應變計。為接近其最大值的a(b)選擇任意目標值,例如a = 0.8。然后為交流放大器選擇一個增益,這樣從激勵到輸出的應變計傳遞函數也等于0.8。因此,所需的放大器增益將為[A/B]/S;或0.8/0.002 V/V=400。然后選擇RS和RG的值。對于增益階段:

求解VOUT/VIN=400并設置RG=100Ω,然后:

選擇一個在1V到3.5V rms范圍內的振蕩器振幅。對于3 V rms的輸入激勵電平,放大器增益級的輸出信號將為3.5 V rms×0.8 V或2.4 V rms,這在可接受的范圍內。

由于A/B已知,R2的值,輸出FS電阻可通過以下公式選擇:

對于FS處的10v輸出,a/B為0.8;求解R2。

這將導致來自橋的滿標度信號的輸出電壓為10 V。其他部件C1、C2、C3、C4可通過遵循前面提到的一般設備操作指南來選擇。

如果需要增益微調,則可以使用微調電阻器來調整R2或RG。橋接器偏移應通過AD698偏移1和偏移2引腳上的微調網絡進行調整。

外形尺寸

尺寸單位為英寸和(mm)

















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