自制位移检测电路

　　这款自制的位移检测电路，采用直流差分变压器电路，自制差分变压器式传感器，可将16mm的直线位移信号转换成直流电压信号，能检测位移，也能检测可转换成位移量变化的参数，如力和压力、振动和加速度、应变、液位等。可用来制作位置开关、测位仪、测力计、振动仪、液位仪、电子秤等。
　　
　　一、差分变压器式传感器简介
　　
　　1．差分变压器式传感器的工作原理
　　
　　电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现信号测量的。根据转换原理不同，电感式传感器可分为自感式和互感式两大类。
　　
　　互感式传感器的工作原理基于变压器的工作原理，因此又称为差分变压器式传感器。它由两个或多个带铁芯（磁芯）的电感线圈组成，一次绕组和二次绕组之间的耦合随铁芯或磁芯的移动而改变，即可将被测量位移转换为传感器的互感变化，从而将被测位移转换为电压输出。
　　
　　2．自制差分变压器式传感器
　　
　　差分变压器式传感器示意图如下图所示。内骨架8采用2.5ml -次性注射器外筒，外骨架6采用lOml一次性注射器外筒，均从筒口处截取49mm长度，在内骨架上每隔15mm套上一个φlOmm的环氧管圈7，然后分别在这三段骨架上绕线径φ0.33mm的漆包线6层（注意各线圈的同名端一致），再套上外骨架，引出6根引脚。磁芯5可用黑白电视机的废行频调整电感的磁芯代用。

　　
　　二、直流差分变压器电路的组成
　　
　　直流差分变压器电路可用于差分变压器与控制室相距较远（大于lOOm）、要求设备之间不产生干扰、便于携带测量的场合。直流差分变压器电路如下图所示，由多谐振荡器、差分整流电路、放大电路、滤波电路和直流电源五部分组成。Ql、U3、R13、R14、R15、R16、D5、D6、C5 、C6组成多谐振荡器；T1、D1、D2组成简单的差分整流电路；R1、R2、R3、R4、R5、R6、D3、D4、U1、W1、W2组成差分运算放大电路 ；R7、R8、R9、Rl0、R11、R12、C1、C2、C3、C4、U2、W3组成有源低通滤波电路；直流电源则由干电池、蓄电池或直流稳压电源提供。

　　三、直流差分变压器电路的工作原理
　　
　　1．多谐振荡器电路
　　
　　由U3(555)、R15、R16、D5、D6、C5、C6构成多谐振荡器，振荡频率为6kHz的方波信号（可微调R15、R16改变振荡频率），由555的3脚输出经R14、Ql、R13倒相后为直流差分变压器电路提供有一定功率的激励信号源。
　　
　　2．差分整流电路
　　
　　Tl二次绕组同名端串接成差分方式输出，由二极管Dl和D2分别对两个二次绕组的感应电动势分别整流并送入下级进行放大。这种差分整流电路结构简单，不需考虑相位调整和零位输出电压的影响，不需比较电压绕组，也不必考虑感应和分布电容的影响，且整流电路在差分电路一侧，两根直流输送线连接方便，可进行远距离输送。
　　
　　当磁芯在差分变压器式传感器的中间位置时，两个二次绕组的互感相同，由一次激励引起的感应电动势相同，差分输出电压为零。当磁芯受被测对象牵动向二次绕组2-边移动时，则绕组2的互感大，绕组4的互感小，绕组2内感应电动势大于绕组4内感应电动势，差分输出有电压。反之，当磁芯向二次绕组4-边移动时，差分输出电压反相。在传感器的量程内，磁芯移动量越大，差分输出电压也越大。因此，由差分输出电压的大小和方向便可判断出被测对象的移动方向和移动量的大小。
　　
　　3．放大电路
　　
　　放大电路由Ul运放741和Rl、R2、R3、R4、R5、R6、D3、D4、Wl、W2组成常用的差分运算放大器．对前级送来的差分整流信号进行放大，D3和D4为保护限幅二极管，Wl为差分运算放大器的调零用，W2可调整差分运算放大器的增益。
　　
　　4．滤波电路
　　
　　滤波电路由U2运放741和R7、R8、R9、Rl0、Rll、R12、Cl、C2、C3、C4、W3组成有源低通滤波器，将调制的高频载波滤掉，从而检出磁芯位移产生的有用信号。
　　
　　由滤波器输出的OUT信号为正负变化的直流电压信号，此信号可提供给A/D转换器进行模数转换供单片机进行处理，或供电压比较器进行电压比较构成限位开关或限位报警。

　　四、直流差分变压器电路的元件选择
　　
　　直流差分变压器电路的元件选择如下表所示。

　　
　　五、直流差分变压器电路的应用
　　
　　直流差分变压器电路除可应用于测量位移外，还可制作相应的装置将差分变压器式传感器进行巧妙安装，将压力、振动、加速度、应变、液位等参数转换成位移而用直流差分变压器电路进行检测。上左图，上右图，下图别是用差分变压器式传感器测量液位、振动和重量的安装示意图。