LVDT是線性可變差動(dòng)變壓器的簡(jiǎn)稱，屬于線性位移傳感器。它是一種可動(dòng)鐵芯變壓器，由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、鐵芯、線圈架、外殼等部件組成。

LVDT屬于線性位移傳感器。它由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、鐵芯、線圈架、外殼等部件組成。初級(jí)線圈和次級(jí)線圈分布在線圈架上，線圈內(nèi)部有一個(gè)可自由移動(dòng)的棒狀鐵芯。當(dāng)鐵芯處于中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，所以輸出電壓為零；當(dāng)鐵芯在線圈內(nèi)部移動(dòng)并偏離中心位置時(shí)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不相等，輸出電壓取決于位移。為了提高傳感器的靈敏度，提高傳感器的線性度，增加傳感器的線性范圍，將兩個(gè)線圈反向連接。所以兩個(gè)次級(jí)線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓就是兩個(gè)次級(jí)線圈的電壓差。這個(gè)輸出電壓值與鐵芯的位移呈線性關(guān)系。

一、LVDT線性可變差動(dòng)變壓器的工作原理：

LVDT的工作電路稱為調(diào)節(jié)電路或信號(hào)調(diào)節(jié)器。典型的穩(wěn)壓電路應(yīng)包括穩(wěn)壓電路、正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和放大器。正弦波發(fā)生器應(yīng)具有恒定的幅度和頻率，不受時(shí)間和溫度的影響。正弦可以通過維恩電橋、方波、階梯波、濾波或其他合適的方法生成。

解調(diào)器可以是簡(jiǎn)單的二極管結(jié)構(gòu)。當(dāng)LVDT次級(jí)線圈的交流輸出大于1VF.S時(shí)，使用簡(jiǎn)單的二極管解調(diào)器。如果信號(hào)幅度低于這個(gè)值，由于兩個(gè)二極管的正向電壓不同，會(huì)出現(xiàn)溫度敏感性問題，但對(duì)于較大的信號(hào)電壓，二極管誤差的影響并不明顯。也可以使用同步解調(diào)器。在同步解調(diào)器中，兩個(gè)FET交替切換，時(shí)序與提供初級(jí)電源的正弦波同步。初級(jí)和解調(diào)器開關(guān)之間所需的相移量取決于LVDT指數(shù)以及LVDT和信號(hào)調(diào)節(jié)器之間的導(dǎo)線長(zhǎng)度。

正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和放大器電路已被組合到商用IC中。使用這些器件將大大簡(jiǎn)化LVDT信號(hào)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)。最常用的是飛利浦生產(chǎn)的NE5521和ADI生產(chǎn)的AD598/698。此外，采用細(xì)間距封裝的標(biāo)準(zhǔn)模擬和數(shù)字器件的出現(xiàn)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，并且可以固定在LVDT外殼內(nèi)。

二、LVDT線性可變差動(dòng)變壓器優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)：

LVDT有很多值得稱道的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，應(yīng)用范圍很廣：

1．無(wú)摩擦測(cè)量：LVDT的可動(dòng)鐵芯和線圈之間通常沒有物理接觸，也就是說LVDT是一個(gè)無(wú)摩擦的部件。用于可承受輕質(zhì)鐵芯載荷但不能承受摩擦載荷的重要測(cè)量。兩個(gè)例子是精密材料的沖擊變形或振動(dòng)測(cè)試，或纖維或其他高彈性材料的拉伸或蠕變測(cè)試。

2．無(wú)限的機(jī)械壽命：由于LVDT的線圈與其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會(huì)有磨損。這樣，LVDT的機(jī)械壽命理論上是無(wú)限的。在材料和結(jié)構(gòu)的疲勞測(cè)試等應(yīng)用中，這是一項(xiàng)極其重要的技術(shù)要求。此外，無(wú)限的機(jī)械壽命對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈、航天器和重要工業(yè)設(shè)備中的高可靠性機(jī)械裝置也很重要。因此，LVDT被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，以精確測(cè)量和控制油門桿的位置、油針的位置、導(dǎo)葉的位置、噴嘴的位置。

3．無(wú)限分辨率：LVDT的無(wú)摩擦操作及其傳感原理使其具有兩個(gè)顯著特點(diǎn)。第一個(gè)功能是真正的無(wú)限分辨率。這意味著LVDT可以響應(yīng)內(nèi)核的最小移動(dòng)并產(chǎn)生輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是分辨率的唯一限制。

4．零重復(fù)性：LVDT結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，可以恢復(fù)零位。LVDT的電氣零位高度可重復(fù)且極其穩(wěn)定。用于高盈虧閉環(huán)控制系統(tǒng)。LVDT是一種出色的電氣零位指示器。它也用于比率系統(tǒng)中，其中復(fù)合輸出與零位的兩個(gè)自變量成比例。

5．軸向抑制：LVDT對(duì)鐵芯的軸向運(yùn)動(dòng)非常敏感，徑向運(yùn)動(dòng)相對(duì)較慢。這樣，LVDT可用于測(cè)量不沿精確直線移動(dòng)的鐵芯。例如，LVDT可以連接到波登管的末端以測(cè)量壓力。

6．耐用：用于制造LVDT的材料以及用于連接這些材料的工藝使其成為堅(jiān)固的傳感器。即使受到工業(yè)環(huán)境中常見的強(qiáng)烈沖擊和大振動(dòng)，LVDT也能繼續(xù)工作。鐵芯和線圈是分開的，在鐵芯和線圈內(nèi)壁之間插入一個(gè)非磁性墊片，用來(lái)隔離線圈組件中的加壓、腐蝕性或堿性液體。這樣，線圈組件就被氣密密封了，不再需要?jiǎng)討B(tài)密封運(yùn)動(dòng)部件。對(duì)于加壓系統(tǒng)中的線圈組件，只需要靜態(tài)密封。

7．環(huán)境適應(yīng)性：LVDT是少數(shù)可以在各種惡劣環(huán)境中工作的傳感器之一。例如，密封的LVDT使用不銹鋼外殼，可以放置在腐蝕性液體或氣體中。有時(shí)，LVDT需要在極其惡劣的環(huán)境中工作。例如，在類似于液氮的低溫環(huán)境中。再舉一個(gè)例子，在核反應(yīng)堆的主安全殼中工作的LVDT的工作溫度為550°C，加上10拉德的輻射和/或3X10NVT的中子通量。另一個(gè)例子是在210bar承壓流體中工作的LVDT。LVDT設(shè)計(jì)巧妙，可同時(shí)適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。但是，需要注意的是，盡管在大多數(shù)情況下，LVDT具有無(wú)限的工作壽命（理論上），

8．輸入/輸出隔離：LVDT被認(rèn)為是一種變壓器，因?yàn)樗膭?lì)磁輸入（初級(jí)）和輸出（次級(jí)）是完全隔離的。LVDT不需要緩沖放大器，可以認(rèn)為是一種有效的模擬信號(hào)計(jì)算元件。在一個(gè)高效的測(cè)控回路中，它的信號(hào)線與電源地線是分開的。

三、結(jié)論:

如上所述：LVDT具有許多出色的品質(zhì)。它的主要局限是為了獲得線性性能，傳感器的外殼比行程長(zhǎng)，輸出信號(hào)對(duì)輸入測(cè)量具有一定的非線性。使用特殊的調(diào)整技術(shù)可以改善沖程與外殼長(zhǎng)度比和非線性問題。一種技術(shù)是添加一個(gè)微控制器進(jìn)行校正。LVDT具有良好的重復(fù)性，這種技術(shù)是可行的。

盡管LVDT已經(jīng)存在多年，但它仍然是許多位置傳感問題的有效解決方案。堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)提供了高可靠性，其性能非常適合大多數(shù)行程小于±100mm的應(yīng)用。

LVDT也可以做成旋轉(zhuǎn)裝置。工作方式與線性模型類似，只是加工后的鐵芯沿曲線路徑移動(dòng)。這是RVDT。RVDT是旋轉(zhuǎn)可變差動(dòng)變壓器的簡(jiǎn)稱，屬于角位移傳感器。它采用與LVDT相同的差動(dòng)變壓器原理，即將機(jī)械部件的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到角位移傳感器的軸上，驅(qū)動(dòng)與其相連的擾流板/鐵芯，從而改變傳感器中的感應(yīng)電壓/電感。線圈并輸出與旋轉(zhuǎn)角度成正比的電壓/電流信號(hào)。

RVDT非接觸式設(shè)計(jì)具有無(wú)限分辨率、長(zhǎng)壽命、高精度等特點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)測(cè)量。廣泛應(yīng)用于球閥位置、液壓泵、叉車、機(jī)器人、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的傳動(dòng)和反饋控制。