一种lvdt/rvdt调制解调器的制造方法
【专利摘要】一种LVDT/RVDT调制解调器，包括单片机，单片机的PWM信号输出端依次经过第一低通滤波电路以及电压信号放大电路连接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次经过信号源调理电路与第二低通滤波电路将反馈信号再发送至单片机，单片机的电压信号输出端经过信号输出调理电路与外部电路连接；所述的单片机还连接OLED显示屏、按键、通讯电路和状态输出电路。本实用新型能够提高采集稳定性，纯数字化调制解调，稳定性高，抗干扰能力强，大量使用集成电路，降低了产品成本，提高产品的可用率和易用性，降低了维护及销售成本。
【专利说明】
一种LVDT/RVDT调制解调器
技术领域
[0001]本实用新型涉及变压器领域，具体涉及一种LVDT/RVDT调制解调器。
【背景技术】
[0002]LVDT可以用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度以及膨胀度等精确数据，具有众多值得称道的优势和特点，其中包括以下几个方面:
[0003]I)无摩擦测量
[0004]LVDT的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触，也就是说LVDT是没有摩擦的部件。它可以被用于承受轻质铁芯负荷，但无法承受摩擦负荷的数据测量。举两个例子，精密材料的冲击挠度或振动测试，或纤维以及其它高弹材料的拉伸或蠕变测试。
[0005]2)无限的机械寿命
[0006]由于LVDT的线圈及其铁芯之间没有摩擦和接触，因此不会产生任何磨损。这样LVDT的机械寿命，理论上是无限长的。在对材料和结构进行疲劳测试等应用中，这是极为重要的技术要求。此外，无限的机械寿命对于飞机、导弹、宇宙飞船以及重要工业设备中的高可靠性机械装置也同样重要。因此LVDT在航空发动机数字控制系统中，广泛应用于对油门杆位置、油针位置、导叶位置、喷口位置等位移进行精确测量与控制。
[0007]3)无限的分辨率
[0008]LVDT的无摩擦运作及其感应原理使它具备显著的特性，即真正的无限分辨率，LVDT能对铁芯最微小的运动作出响应并生成输出，外部电子设备的可读性是对分辨率的唯一限制。
[0009]4)零位可重复性
[0010]LVDT构造对称，电气零位可重复性高，且极其稳定。用在高损益闭环控制系统中，LVDT是非常出色的电气零位指示器，它还用于复合输出与零位的两个自变量成比例的比率系统。
[0011]5)轴向抑制
[0012]LVDT对于铁芯的轴向运动非常敏感，径向运动相对迟钝。这样，LVDT可以用于测量不是按照精准直线运动的铁芯，例如，可以把LVDT耦合至波登管的末端测量压力。
[0013]6)坚固耐用
[0014]制造LVDT所用的材料以及接合这些材料所用的工艺使它成为坚固耐用的传感器，即使受到工业环境中常有的强大冲击、巨幅振动，LVDT也能继续发挥作用。铁芯与线圈彼此分离，在铁芯和线圈内壁间插入非磁性隔离物，把加压的、腐蚀性或碱性液体与线圈组隔离开。这样线圈组实现气密封，不再需要对运动构件进行动态密封。对于加压系统内的线圈组，只需使用静态密封即可。
[0015]7)环境适应性
[0016]LVDT是少数几个可以在多种恶劣环境中工作的传感器之一。例如，密封型LVDT采用不锈钢外壳，可以置于腐蚀性液体或气体中。有时，LVDT被要求在极端恶劣的环境下工作。例如，在类似液氮的低温环境中。又如，在核反应堆主安全壳内工作的LVDT，工作温度高至550°C，外加1Rads的辐射和/或3X10NVT的中子通量。再如，在210bar承压流体中工作的LVDTt3LVDT设计巧妙，可以同时适应多种恶劣环境。但是，需要特别注意的是，虽然在大多数情况下，LVDT具有无限的工作寿命(理论上)，当置于恶劣环境下的LVDT，工作寿命却因环境不同的各不相同。
[0017]8)输入/输出隔呙
[0018]LVDT被认为是变压器的一种，因为它的励磁输入(初级)和输出(次级)是完全隔离的。LVDT无需缓冲放大器，可以认为它是一种有效的模拟信号计算元件。在高效的测量和控制回路中，它的信号线与电源地线是分离开的。
[0019]RVDT非接触设计，具有无限分辨率、使用寿命长，精度高的特点，可实现360°转动测量，广泛应用于球阀的阀位、液压栗、叉车、机器人、风机等设备的传动和反馈控制。
[0020]基于以上优点，LVDT和RVDT具有很广泛的应用场景，CN201269738Y提出了一种LVDT/RVDT调制解调器，但是其存在以下几个方面的问题:
[0021 ] 1:集成度低，整个系统元件多；
[0022]2:通讯功能弱，不能适应目前控制系统对通讯功能的要求；
[0023]3:没有人机交互设计，不适应现场操作；
[0024]4:故障诊断能力差，不能进行模块故障诊断；
[°°25] 5:输出信号单一，适应性差。
【实用新型内容】
[0026]本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种LVDT/RVDT调制解调器，其集成度高，具备自检能力，能够进行现场人机交互以及在同一接线位置实现多种信号输出。
[0027]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:
[0028]包括单片机，单片机的HVM信号输出端依次经过第一低通滤波电路以及电压信号放大电路连接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次经过信号源调理电路与第二低通滤波电路将反馈信号再发送至单片机，单片机的电压信号输出端经过信号输出调理电路与外部电路连接;所述的单片机还连接OLED显示屏、按键、通讯电路和状态输出电路。
[0029]所述单片机工作时钟> 10Mhz，32位，具有两路AD，采样至少200KSPS，具有两路PWM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十个通用1管脚;其中AD用于采集LVDT/RVDT次级线圈信号，PWM或者DA用于输出电压和输出产生的激励信号，SPI/IIC用于驱动OLED显示屏，通用1管脚用于按键采集和状态输出，UART用于实现通讯功能。
[0030]所述的第一低通滤波电路和第二低通滤波电路的带宽相同。
[0031]所述的第一低通滤波电路和第二低通滤波电路的带宽为5KHz，并采用至少两阶滤波。
[0032]所述的电压信号放大电路输出电压为20Vpp，驱动电流>60mA。
[0033]所述的信号源调理电路将LVDT/RVDT次级线圈的电压调整为O?3V，且信号源调理电路的放大倍数与电压信号放大电路放大倍数互成倒数。
[0034]所述的通讯电路采用RS-485电平，能够实现Prof iBus-DP从站、MODBUS从站、SS1、脉冲输出四种功能。
[0035]所述的信号源调理电路与第二低通滤波电路均设置有两路。
[0036]与现有技术相比，本实用新型的单片机发送PffM信号，经过第一低通滤波电路进行滤波，输出电压经过电压放大电路驱动并放大，发送至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT的次级线圈返回幅度与铁芯位置成正比的正弦波信号，该输出正弦波信号与输入正弦波信号同频，然后经过信号源调理电路与第二低通滤波电路反馈至单片机。单片机的电压信号输出端经过信号输出调理电路连接外部电路，单片机还连接OLED显示屏、按键、通讯电路和状态输出电路，通过OLED和按键可实现现场零位、满位矫正，并实时显示采集位置，方便现场维护，通讯电路完成通讯功能，状态输出电路提供通过继电器输出模块是否正常的指示。本实用新型能够提高采集稳定性，纯数字化调制解调，稳定性高，抗干扰能力强，大量使用集成电路，降低了产品成本，提高产品的可用率和易用性，降低了维护及销售成本。
【附图说明】
[0037]图1本实用新型的整体结构框图；
[0038]图中:1.0LED显不屏;2.按键;3.电压信号放大电路;4.第一低通滤波电路;5.信号源调理电路;6.第二低通滤波电路;7.单片机;8.信号输出调理电路;9.通讯电路；10.状态输出电路。
【具体实施方式】
[0039]下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
[0040]参见图1，本实用新型包括单片机7，单片机7的PWM信号输出端依次经第一低通滤波电路4及电压信号放大电路3连接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次经信号源调理电路5与第二低通滤波电路6将反馈信号再发送至单片机7，单片机7的电压信号输出端经信号输出调理电路8与外部电路连接;单片机7还连接OLED显示屏1、按键2、通讯电路9和状态输出电路
10。本实用新型单片机7是整个调制解调器的核心，接受按键2操作指令，控制OLED显示屏I进行显示，并输出激励信号，驱动LVDT/RVDT初级线圈，采集LVDT/RVDT次级线圈信号，在单片机7内部进行解调运算，将结果通过信号输出调理电路8输出，完成整个LVDT/RVDT信号调制解调过程，同时单片机7将结果及状态封装成数字信息，通过通讯电路9输出，通讯电路9自身的状态通过状态输出电路1以数字量输出的方式进行输出。
[0041 ] 下面逐项进行说明:
[0042]1:0LED显示屏，采用不低于128*64分辨率的显示屏，用于显示调制解调器状态以及实时采集的位置值(可设置为以百分数或者实际工程量的方式进行显示)；
[0043]2:按键，可采用普通机械案件或者薄膜按键，提供模式切换，调零确认、调满确认、故障查询、输出模式配置、通讯地址设定等操作，设置有三个；
[0044]3:电压信号放大电路，将第一低通滤波电路4输出的电压进行驱动并放大，使输出电压可达到20Vpp，驱动电流>60mA，用于驱动现场传感器；
[0045]4:第一低通滤波电路，将单片机输出的电压进行滤波，平滑单片机输出的电压，降低激励电压的谐波，低通滤波带宽一般设计为5KHz，并采用至少2阶滤波；
[0046]5:信号源调理电路，将LVDT/RVDT次级线圈的电压调整到O?3V，以满足单片机AD进行采集，此处放大倍数与电压信号放大电路3放大倍数正好成倒数，因为最多有两个次级线圈，因此信号源调理电路设计两路，也可降低成本，只用一路，此时若LVDT/RVDT有两路次级线圈，可将两个线圈串联起来形成一个次级线圈接入；
[0047]6:第二低通滤波电路，将信号源调理电路5的电压进行低通滤波，带宽一般同第一低通滤波电路4，提尚米集稳定度；
[0048]7:单片机，采用高性能单片机，其资源要求为工作时钟>100Mhz，32位，两路AD，采样至少200KSPS，具有两路HVM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十个通用IO管脚，其中AD用于采集LVDT/RVDT次级线圈信号，PffM或者DA用于输出电压和输出激励信号产生，SPI/IIC用于驱动OLED显示屏，通用IO管脚用于按键采集和状态输出，UART用于通讯功能实现；
[0049]8:信号输出调理电路，用于将单片机7输出的电压调整成需要输出的电流或电压信号，采用集成芯片，提高集成度；
[0050]9:通讯电路，完成通讯功能的物理信号驱动，采用RS-485电平，可实现ProfiBus-DP从站、MODBUS从站、SSI、脉冲输出四种功能；
[0051 ] IO:状态输出电路，通过继电器输出模块是否正常的指示，模块故障状态输出与未上电状态相同，常开触点。
[0052]本实用新型采用高性能单片机，将CPU、外设、存储芯片集成在一起，将数据采集、输出、高速运算、传输集成在一块芯片内，提高控制器的集成度，大大降低电路板尺寸，减小控制器尺寸。采用ProfiBus-DP、Modbus等现场总线技术，并针对每种通信对LVDT/RVDT调制解调器进行数据描述建模，实现控制器的通讯功能。选用OLED显示屏和按键进行人机交互，解决控制器现场操作问题。每种通道均设计自检电路，并和自检程序相配合，实现通道自检。通过集成输出电路，在同一接线位置实现多种信号输出。本实用新型通过OLED显示屏和按键能够实现现场零位、满位矫正，并实时显示采集位置，方便现场维护。本实用新型能够提高采集稳定性，纯数字化调制解调，稳定性高，抗干扰能力强，并且大量使用集成电路，能够降低产品成本，提高产品可用率和易用性，也降低了维护及销售成本。
【主权项】
1.一种LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:包括单片机(7)，单片机(7)的PffM信号输出端依次经过第一低通滤波电路(4)以及电压信号放大电路(3)连接至LVDT/RVDT，LVDT/RVDT依次经过信号源调理电路(5)与第二低通滤波电路(6)能将反馈信号再发送至单片机(7)，单片机(7)的电压信号输出端经过信号输出调理电路(8)与外部电路连接;所述的单片机(7)还连接OLED显示屏(I)、按键(2)、通讯电路(9)和状态输出电路(10)。2.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的单片机(7)工作时钟> 10Mhz，32位，具有两路AD，采样至少200KSPS，具有两路PffM或者DA，具有一路UART，一路SPI或IIC接口，具有十个通用1管脚;其中AD用于采集LVDT/RVDT次级线圈信号，PWM或者DA用于输出电压和输出产生的激励信号，SPI/IIC用于驱动OLED显示屏(I)，通用1管脚用于按键(2)采集和状态输出，UART用于实现通讯功能。3.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的第一低通滤波电路(4)和第二低通滤波电路(6)的带宽相同。4.根据权利要求1或3所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的第一低通滤波电路(4)和第二低通滤波电路(6)的带宽为5KHz，并采用至少两阶滤波。5.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的电压信号放大电路(3)输出电压为20Vpp，驱动电流>60mA。6.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的信号源调理电路(5)将LVDT/RVDT次级线圈的电压调整为O?3V，且信号源调理电路(5)的放大倍数与电压信号放大电路(3)放大倍数互成倒数。7.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的通讯电路(9)采用RS-485电平，能够实现Prof iBus-DP从站、MODBUS从站、SS1、脉冲输出四种功能。8.根据权利要求1所述的LVDT/RVDT调制解调器，其特征在于:所述的信号源调理电路(5)与第二低通滤波电路(6)均设置有两路。
【文档编号】G01D5/22GK205561866SQ201620053789
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年1月20日
【发明人】方红亮, 罗永超, 马茗
【申请人】西安强源电气有限公司