课程名：机电一体化学号：02307225 姓名：顾小温差动变压器位移测量电路仿真设计
一、引言
差动变压式传感器是将测量信号的变化转化成线性互感系数变化的传感器，其工作原理是利用电磁感应，将被测位移量的变化转换成变压器线圈的互感系数的变化，再由测量电路转换成电压或电流的变化量输出，实现由非电量到电量的转换。

变压器初级线圈输入交流电压，次级线圈则感应出电动势。

这种传感器结构简单，线性好，灵敏度高，测量范围大，受外界干扰影响小，使用寿命长，因而被广泛应用于工业生产各个领域。

本测量系统电路部分由音频振荡器、零点残余电压补偿、相敏检波、低通滤波、数字显示等组成，与差动变压式传感器及测微头一起构成了一个位移测量系统.
二、总体方案
2.1测量电路的工作原理
正弦波震荡器通过稳压电源的供电产生幅值与频率都稳定的正弦信号U1。

将此信号接入差动变压器的初级绕组上，以此作为激励。

此时次级绕组上产生感应电动势U2。

铁心与测微头连在一起，侧微头移动，则铁心移动，以此引起互感系数变化，此时输出电压U2随之变化。

这时输出电压U2只能反映位移的大小并不能反映出位移的方向。

当经过相敏检波器检波后得到的电压U3，U3包含位移的完整变换规律，在经过低通滤波电路得到U0，这个电压即可以反映位移的大小也可以反映位移的方向。

2.2差动变压器
正弦波震荡器通过稳压电源的供电产生幅值与频率都稳定的正弦信号U1。

将此信号接入差动变压器的初级绕组上，以此作为激励。

此时次级绕组上产生感应电动势U2。

铁心与测微头连在一起，侧微头移动，则铁心移动，以此引起互感系数变化，此时输出电压U2随之变化
U2= KU1X
其中K为与差动变压器有关的比例系数，X为位移变化。

2.3零点残余电压的补偿
衔铁在差动变压器的几何中心位置时，如次级的 2个线圈的参数和磁路尺寸相等，则初级线圈和次级线圈互感相等。

此时，差动变压器的输出电压为零。

但实际制作时，次级2个线圈的电气参数和几何尺寸存在一定的差异，所以，当衔铁处于中问位置时，定有不平衡输出，即存在零点残余电压。

零点残余电压包含基波和高次谐波。

由于零点残余电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，若此电压较大，经过放大器会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿。

零点残余电压的补偿电路
由于次级 2个线圈电气参数和几何尺寸不可能绝对对称，因此，两线圈电势幅值和相位均不相等，调整电容器以及交／直流电位器可使电势差和相位差减小，零残电压的基波分量得到一定的遏制。

同时，反馈支路又可减小差动变压器的输入／输出电流，使磁路运作于磁化曲线的线性段，脱离非线性区域，，大大减小了零残电压中的谐波分量。

2.4相敏检波电路
差动变压器的输出电压U2是交流分量有效值，尽管它与衔铁位移成正比，如用电压表测量，存在一个问题就是无法判断衔铁移动方向，解决方法为用差动相敏检波电路，如图
2.5低通滤波电路
滤波部分用的是简单的 R-C 滤波，将交流信号处理为直流信号
3、信号放大
交流电压放大11倍，放大成较大的交流电压，以方便后续操作。

该电路主要由运放U1及R3、R5、R4组成，输入信号由R4接入该电路，该电路的电压增益为K=1+R3/R5=11.该电路能将检测电路检测的较小的
4、整体电路图
5、电路仿真
整流滤波前后波形图
各部分电路连接完毕，按下运行开关，当铁芯处于中间部位时，用电压表测得差放电路输出端为0，稍微移动差动放大器中铁芯的位置后固定，用示波器及电压表课测得整流滤波前后检测信号的变化。