《智能传感器与智能仪表》课件-4.6 变磁阻式传感器的转换电路+零点残余电压

变磁阻式传感器的转换电路+零点残余电压从原理到工程实践项目四

位移传感器和物位传感器电气工程学院主讲人：江奕目录CONTENTS电阻平衡臂交流电桥Smartsensorsandsmartmeters01差动自感式传感器的变压器电桥Smartsensorsandsmartmeters02零点残余电压Smartsensorsandsmartmeters03工程抑制对策Smartsensorsandsmartmeters04相敏检波Smartsensorsandsmartmeters05相敏检波的输出特性Smartsensorsandsmartmeters06知识导入变磁阻式传感器凭借高灵敏度成为工业精密测量的核心，但它的微小电感变化怎么变成可读取的信号？零点附近的测量误差又该如何解决？芯片制造中微米级的位移检测机床加工时的精密定位电阻平衡臂交流电桥桥臂Z1和Z2表示传感器两个差动线圈的电抗复阻抗，另外两个相邻的桥臂用纯电阻R代替，其输出电压为：基础的交流电桥

电桥平衡输出电压为0当Z1∙Z3=Z2∙Z4时01电桥失去平衡输出电压不为0当Z1∙Z3≠Z2∙Z4时02根据电桥输出电压的情况来判定是否有位移量的产生差动自感式传感器的变压器电桥δ2δ1L2L1Z1、Z2为差动传感器两线圈的复阻抗，另两臂为电源变压器的两个二次线圈

传感器衔铁上移时，则：Z12=Z0±ΔZ

传感器衔铁下移时，则：Z12=Z0∓ΔZ

零点残余电压|出现零点残余电压的原因电气参数与几何尺寸不对称磁性材料的非线性电源电压中含有高次谐波寄生电容它的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标零点残余使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差工程抑制对策将传感器的工作区域设置在磁化曲线的线性区选线性区可判别衔铁移动方向、改善输出特性、减小零点残余电压配相敏检波尽量使传感器几何尺寸、线圈电气参数及磁路相互对称尽量对称采用良好的导磁材料制作壳体，进行屏蔽抗干扰做好屏蔽减小零点残余电压的措施精益求精的设计是国产传感器企业突破国外技术壁垒、实现核心技术自主可控的关键——从参数对称到屏蔽接地，每一个细节的打磨都彰显着工匠精神相敏检波普通检波普通检波把交流信号变成直流平均值，只能反映大小，判不出方向检波电路将电感的变化转换成直流电压或电流，以便用仪表指示出来只能判别位移的大小，却无法判别输出电压的相位和位移的方向若仅采用电桥电路配以普通的检波电路可反映幅值（位移的大小）和输出电压的相位（位移的方向）若输出电压送到指示仪前，经过一个能判别相位的检波电路相敏检波电路相敏检波相敏检波的原理相敏检波是一种带有相敏整流的交流电桥衔铁在中间位置时，无论正负半周，C、D两点等电位，电桥平衡，输出UCD=0V电压表读数大小反映衔铁的位移；电压表极性反映移动方向。相敏检波当衔铁上移D点将比C点电位高，认为电压表正偏

相敏检波当衔铁上移负半周D比C点电位高，电压表仍正偏

只要衔铁上移：电压表头就正转只要衔铁下移：电压表头就反转位移越多：指针偏转越大典型案例分析：机床主轴径向跳动检测某国产机床企业曾面临难题|

采用传统检测方案时，零点附近的死区导致小幅度跳动无法被精准捕捉，影响产品合格率工程师团队采用变压器电桥作为转换电路严格控制线圈参数对称、优化磁路设计减少先天误差壳体采用导磁合金材料并规范接地，屏蔽车间电磁干扰将传感器工作点校准在磁化曲线的线性区，搭配相敏检波电路零点残余电压被抑制到微米级以下传感器不仅能精准测量跳动幅度，还能判别跳动方向，为机床的实时反馈控制提供了可靠信号相敏检波的输出特性只表示位移的大小，在零点附近会出现不连续或“死区”现象普通检波曲线在零点附近连续平滑，零点为对称中心的一侧为正、一侧为负相敏检波经过相敏检波后正位移输出正电压，负位移输出负电压相敏检波提高了测量的灵敏度与抗干扰能力让电感传感器具备了双向位移检测的能力差动变压器的输出特性曲线由(a)变成(b)，残存电压自动消失课程小结知识点总结系统学习了变磁阻式传感器的转换电路和零点残余电压抑制技术：秉持工匠精神攻克技术难题基础交流电桥实现电感变化到电压信号的转换01变压器电桥提升抗干扰能力02零点残余电压是精密测量的主要误