差动相敏检波电路
相敏检波电路
电子与信息工程学院控制科学与工程系 在理想情况下(忽略线圈寄生电容及衔 铁损耗)，差动变压器的等效电路如图。 初级线圈的复数电流值为
R21
R1 e M1 ～ 21 L21 L1 L22 M2 ～ e22 R22 e2
I 1
e1 R1 jL1
I1
e1
～
ω—激励电压的角频率； e1—激励电压的复数值； 由于Il的存在，在次级线圈中产 生磁通
e1 e2 e21 e22 j M1 M1 R1 jL1
其幅数 输出阻抗 或
M 1 M 2 e1 e2 2 2 R1 L1
R R j L L Z 21 22 21 22
Z
R21 R22 2 L21 L22 2
2．选用合适的测量线路
采用相敏检波电路不仅可鉴别衔铁移动 方向，而且把衔铁在中间位置时，因高 次谐波引起的零点残余电压消除掉。如 图，采用相敏检波后衔铁反行程时的特 性曲线由1变到2，从而消除了零点残余 电压。
1 -x 2 +x 0
相敏检波后的输出特性
电子与信息工程学院控制科学与工程系
3．采用补偿线路
N1I 1 21 Rm1
22
N1 I 1 Rm 2
e1初级线圈激励电压 L1,R1初级线圈电感和电阻 M1,M1 分别为初级与次级线圈 1,2 间的互感 L21,L22两个次级线圈的电感 R21,R22两个次级线圈的电阻
Rm1及Rm2分别为磁通通过初级线圈及两个次级线圈的磁阻， N1为初级线圈匝数。
～220V 稳压电源
振荡器 V
差动变压器
相敏检波电路
这种变送器可分档测量(–5×105～6×105)N/m2压力，输出信号电 压为(0～50)mV，精度为1.5级。
一种相敏检波电路的研究与实验
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ；ａｎａｌｏｇ ｓｗｉｔｃｈ
（责任编辑：李伟男 英文审译：李 笛）
万方数据
一种相敏检波电路的研究与实验
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数：
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图２ 相敏检波器电路结构
收稿日期：２００８—１２—０４ 作者简介：胡仲秋（１９７０一），男，四川威远人，内江师范学院实验师．
万方数据
２００９年２月
胡仲秋：一种相敏检波电路的研究与实验
· ５１ ·
图中，ＴＧｌ，ＴＧ２为双向模拟开关，运放Ｕ１Ａ 为反相过零比较器．“，为检波信号，“：为基准参考 信号．
目前，相敏检波器电路种类不多，对该电路的分 析介绍也较少，本文就一种由通用集成电路构成的 新颖相敏检波电路作一介绍．
１ 电路介绍
目前，常见的相敏检波电路有二极管桥形电路， 三极管相敏放大电路，模拟乘法器电路等．前两种电 路结构简单，但由于需要两个变压器，因此，使得体 积较大且成本较高，不适应现代技术的要求．模拟乘 法器应用电路较简单，对输入信号无特殊要求，其缺 点是模拟乘法器为非通用电路，因此价格偏高，且应 用时电路调试也比较麻烦．
差动变压器的转换电路——相敏检波电路
差动变压器的转换电路——相敏检波电路在动态测量时，假定位移是正弦波，即按x ≈xmSinωt运动。
那么次级输出电压的相位角与衔铁的位移有关。
因此为能确定衔铁的移动方向，还得判别输出电压的相位。
通过相敏检波电路，就能得到既能反映位移大小、又能反映位移方向(极性）的测量信号。
图4-22为相敏检波电路的原理图。
图中四个特性相同的二极管D1~D4串接成一个回路，四个节点1~4分别接到两个变压器A和B的次级线圈上。
变压器A的输入为放大了的差动变压器的输出信号而其输出为u=Ul + u2;变压器B的输人信号为u0，称为检波器的参考信号，它和差动变压器的激励电压共用一个电源。
通过适当的移相电路保证u和u。
同频同相或反相。
是作为辨别极性的标准(参照物)。
Rf为连接在两个变压器次级线圈的中点之间的负载电阻。
经相敏检波电路，当衔铁在零点以上移动时，不论载波在正半周还是负半周，在负载电阻只f 上得到的电压始终为正的信号。
当衔铁在零点以下移动时，负载电阻Rf 上得到的电压始终为负的信号。
即正位移输出正电压,负位移输出负电压；电压值的大小表明位移的大小，电压的正负表明位移的方向。
因此，原来呈V字形的输出特性曲线（见图4-18)就变成了过零点的一条直线，如图4 - 23所。
需要说明的是，经相敏检波和差动整流输出的信号，仍然含有高频分量，因而还需通过低通滤波器滤除高频分量，这样才能获得与衔铁一致的有用信号。
随着集成电路技术的发展,相继出现各种性能的集成电路相敏检波器,例如LZX1单片相敏检波电路。
LZX1为全波相敏检波放大器,它与差动变压器的连接如图4-24(a)所示。
相敏检波电路要求参考电压和差动变压器次级输出电压同频率、相位相同或相反，因此，需要在线路中接人移相电路。
如果位移量很小，在差动变压器的输出端还要接入放大器，将放大后的信号输入到LZX1的输入端。
通过LZX1输出的信号，还需经过低通滤波器，滤去调制时引人的高频信号，只允许与位移x对应的直流电压信号通过。
相敏检波电路工作原理
相敏检波电路工作原理
相干检波器是一种广泛应用于通信和雷达系统中的电路。
它的工作原理是基于两个相干的信号之间存在固定的相位关系。
具体来说，相干检波器利用了输入信号的幅度和相位信息。
输入信号通常由一个本地振荡器和一个射频信号混合而成。
这个混合过程产生了一个高频信号，其频率等于本地振荡器的频率加上射频信号的频率。
此时，射频信号的相位信息已被转移到了高频信号上。
接下来，高频信号经过一个相移器，该相移器通过改变信号的相位，使其与参考信号保持大致相位一致。
然后，这个相位一致的高频信号经过一个乘法器，与参考信号相乘。
乘法器的作用是将高频信号与参考信号相乘得到一个新的信号。
由于参考信号是一个固定的信号，这个乘法操作相当于从高频信号中提取出参考信号对应的分量。
最后，通过一个低通滤波器，滤除乘法器输出的高频成分，得到一个包含参考信号的低频输出信号。
这个低频输出信号可以被进一步处理，例如用于测量信号的幅度或提取信号的调制信息。
总结起来，相干检波器通过将输入信号与一个相位一致的参考信号相乘，从中提取出参考信号对应的分量。
利用这种原理，相干检波器可以实现高灵敏度的信号检测和精确的相位测量，广泛应用于通信和雷达等领域。
电涡流式传感器和差动变压器传感器的区别
e
图中S T段为全部线性范围，其中H E 高精度） 档指示范围， 图中S—T段为全部线性范围，其中H—E段（高精度）为×1档指示范围， 低精度） 10档指示范围 档指示范围。 起始” 信号在D A段发出， K—C段（低精度）为×10档指示范围。“起始”（0）信号在D—A段发出， C 粗磨结束” 信号在G B段发出， 精磨结束”信号（ “粗磨结束”（1）信号在G—B段发出，“精磨结束”信号（2）在0—F F 段发出，“光磨结束”信号（3）在0点发出。 段发出， 光磨结束”信号（ 点发出。
金属镀层的测量常采用低频透射式电涡流传 感器，如图! 所示。需要选取高频) 激励， 感器，如图 所示。需要选取高频 激励，但此时 的响应曲线随厚度的减小而非线性变大。 的响应曲线随厚度的减小而非线性变大。低频透 射式电涡流传感器由初级线圈（ 发射线圈） 射式电涡流传感器由初级线圈（ 发射线圈） 和次级线圈（接收线圈）， 和次级线圈（接收线圈）， 它们分别位于被测金属的两侧。 它们分别位于被测金属的两侧。 当选取的激励频率一定时， 当选取的激励频率一定时，不同材料的导体电阻率 不同，贯穿深度也不同， 不同，贯穿深度也不同，由此将造成输出电压曲 线形状的变化。 线形状的变化。为了保证使同一传感器 测量不同材料的线性度和灵敏度一致， 测量不同材料的线性度和灵敏度一致，可采用改 变激励频率的方法来达到。 变激励频率的方法来达到。例如测量紫铜时采用 500Hz；测量黄铜和铝材时采用 ；测量黄铜和铝材时采用2Hz，这样传感器 ， 的线性度和灵敏度基本上仍能保持在标定状态下 工作。此外，当测量厚度大的金属镀层或板材时， 工作。此外，当测量厚度大的金属镀层或板材时， 需要贯穿深度大，选用低频) 激励， 需要贯穿深度大，选用低频 激励，其线性就好
基于电涡流传感器的材质鉴别
相敏检波器
1 2 3 4 2 4 1 4 实验二十相敏检波器实验一、实验目的 说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。
二、实验原理相敏检波电路如图所示： 图为输入信号端 ，为交流参考电压输入端，为输出端。
为直流参考电压输入端。
当、端 输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使 D 和 J 处于开关状态， 从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三、实验所需部件相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器四、1.实验步骤将音频振荡器频率幅度旋钮居中，输出信号信号（0°或 180°均可），接相敏检波器输入端。
2.3.将直流稳压电压 2V 档输出电压（正负均可）接相敏检 波器端。
示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅集学科优势- 5 -求改革创新4 25 6值关系。
4.改 变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。
由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。
5.将音频振荡器 0°端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频 0°输出。
6.用示波器两通道观察附加观察插口 、的波形。
可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
7.20V 。
8. 9.将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表示波器两通道分别接相敏检波器输入输出端。
适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器 180°输出端口， 观察示波器和电压表的变化。
由此可以看出，当相敏检波器的输入信号和开关信号反相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表只是正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形， 电压表指示负极性的最大值。
流电路图和工作原理,相敏检波电路图...)
关键词语：差动变压器式传感器工作原理，螺线管式差动变压器结构图，差动变压器等效电路图，差动变压器基本特性，差动变压器式传感器测量电路，差动整流工作原理，差动整流电路，相敏检波电路图，差动变压器式加速度传感器原理图，差动变压式传感器的应用差动变压器式传感器把被测的非电量变化转换为线圈互感量变化的传感器称为互感式传感器。
这种传感器是根据变压器的基本原理制成的, 并且次级绕组都用差动形式连接, 故称差动变压器式传感器。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
差动变压器结构形式较多, 有变隙式、变面积式和螺线管式等, 但其工作原理基本一样。
非电量测量中, 应用最多的是螺线管式差动变压器, 它可以测量1～100mm范围内的机械位移, 并具有测量精度高, 灵敏度高, 结构简单, 性能可靠等优点。
一、工作原理螺线管式差动变压器结构如图 4 -10 所示, 它由初级线圈#, 两个次级线圈和插入线圈中央的圆柱形铁芯等组成。
螺线管式差动变压器按线圈绕组排列的方式不同可分为一节、二节、三节、四节和五节式等类型, 如图 4 - 11 所示。
一节式灵敏度高, 三节式零点残余电压较小, 通常采用的是二节式和三节式两类。
图4-11 螺线管式差动变压器结构图差动变压器式传感器中两个次级线圈反向串联, 并且在忽略铁损、 导磁体磁阻和线圈分布电容的理想条件下, 其等效电路如图 4 - 12所示。
当初级绕组w1加以激励电压1⋅U 时, 根据变压器的工作原理, 在两个次级绕组w2a 和w2b 中便会产生感应电势a E 2⋅和b E 2⋅。
如果工艺上保证变压器结构完全对称,则当活动衔铁处于初始平衡位置时, 必然会使两互感系数M1=M2。
根据电磁感应原理, 将有⋅⋅=b a E E 22。
相敏检波电路简介
相 敏 检 波 电 路
将调制信号ux乘以幅值为1的载波信 号就可以得到双边带调幅信号us，将 双边带调幅信号us再乘以载波信号， 经低通滤波后就可以得到调制信号ux。 这就是相敏检波电路在结构上与调制 电路相似的原因。二者主要区别是调 幅电路实现低频调制信号与高频载波 信号相乘，输出为高频调幅信号；而 相敏检波器实现高频调幅信号与高频 载波信号相乘，经滤波后输出低频解 调信号。这使它们的输入、输出耦合 回路与滤波器的结构和参数不同。
相敏检波电路的应用
大气电场中
其他领域中
在电场仪设计中，电 压信号的极性与被测 电场的极性相反。全 波检波后为单一正方 向脉动直流电压信号 ，即保证了微弱感应 电压信号与同步脉冲 信号的同相。因此， 经低通滤波器后输出 一负极性直流电压信 号，即可判断出被测 电场为负电场，从而 实现了被测电场极性 的准确鉴别。
Hale Waihona Puke 数字相敏检波器以及其他多种 测量器具中，相敏检波因其独 特的精确性和稳定性而被广泛 应用于这些器具的制作和使用 中，根据相敏检波的原理,在 LabVIEW环境实现了数字相敏 检波算法,并分析了算法性能。 实验结果表明,整周期采样时, 信噪比低至-20dB时的幅度误 差小于0.2%,相位误差小于 0.7%。为进一步验证,还利用 NI公司的波形生成卡和数据采 集卡模拟了数字相敏检波在实 际中的应用效果。
调 幅 电 路
常用的导磁材料检测方法
磁粉检测
优点：灵敏度高 缺点：不易实现检 测自动化 优点：探头上无零 电势 缺点：灵敏度不够 精准
涡流检测
g
A D2 Xm(t)
e
c
uf
b
D1
a
Rf
D3
d
D4
传感器相敏检波电路的工作原理
传感器相敏检波电路的工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊传感器相敏检波电路的工作原理，这可有意思啦！你看啊，传感器就像是我们的眼睛和耳朵，能感知各种信息，然后把这些信息传递给电路。
那相敏检波电路呢，就像是个超级聪明的小机灵鬼，能从这些信息中找出最关键的部分。
想象一下，传感器送过来的信号就像是一群叽叽喳喳的小鸟，各种各样的声音都有。
而相敏检波电路呢，它能分辨出哪些是我们真正想听的歌声，哪些只是嘈杂的噪音。
它是怎么做到的呢？这就得说说它的工作原理啦。
它就像是一个有魔法的筛子，能把有用的信号筛选出来，把没用的给过滤掉。
它会根据输入信号的特点，精确地找到我们需要的那部分。
比如说，当一个特定频率的信号进来时，相敏检波电路就会特别敏感地捕捉到它，就好像是它的知音一样。
然后呢，它会把这个信号放大，让我们能更清楚地看到或听到。
这就好比是在一场混乱的音乐会上，你能准确地听到你最喜欢的那首歌的旋律，而不会被其他的声音所干扰。
是不是很神奇呢？而且啊，这个相敏检波电路还特别厉害的一点是，它能分辨信号的相位呢！这就像是能分辨出声音是从左边传来的还是右边传来的一样。
你说，这得多牛啊！它能根据信号的相位来做出不同的反应，这可不是一般的电路能做到的。
在我们的生活中，传感器相敏检波电路可是发挥了大作用呢！比如在医疗领域，它能帮助医生更准确地检测病人的身体状况；在工业生产中，能让机器更精确地运行。
总之，传感器相敏检波电路就像是一个默默工作的小英雄，虽然我们可能不太注意到它，但它却在背后为我们的生活带来了很多便利和进步。
它的工作原理虽然有点复杂，但只要我们用心去理解，就一定能发现它的奇妙之处！难道不是吗？所以啊，大家可别小看了这个小小的电路哦，它可是有着大大的能量呢！。
相敏检波电路工作原理及工作过程
相敏检波电路工作原理及工作过程相敏检波器有两种：一种由变压器和二极管桥组成，这种电路体积大，稳定性差;另一种则由模拟乘法器构成，性能上得到了很大提高，但价格高，调试麻烦。
为此，在研制大气电场仪的过程中，根据大气电场仪探头的结构特点和大气电场测试中对检波器的要求，利用光电开关、四通道模拟开关和运放组合设计一种结构简单，性能稳定的相敏检波器。
同时，为了对电场信号的极性进行有效可靠的鉴别，根据相敏检波理论，将通过调整光电开关的设置位置，保证感应电压信号与同步脉冲信号同相，以获得最大整流输出，从而准确辨别被测电场极性。
1、什么是相敏检波电路？相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。
2、为什么要采用相敏检波？包络检波有两个问题：一是解调的主要过程是对调幅信号进行半波或全波整流，无法从检波器的输出鉴别调制信号的相位。
第二，包络检波电路本身不具有区分不同载波频率的信号的能力。
对于不同载波频率的信号它都以同样方式对它们整流，以恢复调制信号，这就是说它不具有鉴别信号的能力。
为了使检波电路具有判别信号相位和频率的能力，提高抗干扰能力，需采用相敏检波电路。
3、相敏检波电路与包络检波电路在功能与电路构成上最主要的区别是什么？相敏检波电路与包络检波电路在功能上的主要区别是相敏检波电路能够鉴别调制信号相位，从而判别被测量变化的方向，同时相敏检波电路还具有选频的能力，从而提高测控系统的抗干扰能力。
从电路结构上看，相敏检波电路的主要特点是，除了所需解调的调幅信号外，还要输入一个参考信号。
有了参考信号就可以用它来鉴别输入信号的相位和频率。
4、相敏检波电路与调幅电路在结构上有哪些相似之处？它们又有哪些区别？将调制信号ux乘以幅值为1的载波信号就可以得到双边带调幅信号us，将双边带调幅信号us再乘以载波信号，经低通滤波后就可以得到调制信号ux。
这就是相敏检波电路在结构上与调制电路相似的原因。
二者主要区别是调幅电路实现低频调制信号与高频载波信号相乘，输出为高频调幅信号；而相敏检波器实现高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。
常常采用差动整流电路和相敏检波电路
29
（3）活动铁芯向相反方向移动时
• 当活动铁芯向线圈的另一个方向移动时，用上述 分析方法同样可以证明，无论在的正半周还是负 半周，电桥输出电压均为负值。
30
应用
1—理想特性曲线 2—实际特性曲线
31
21
变化时
• 当铁芯向一边移动时，则一个线圈的阻抗增加 ，
Z1 Z0 Z
Uo
Z 2 Z0 Z
Z 0 Z 1 Z ( )U 2 U2 2Z0 2 2Z0
22
变化后的电压
• 当传感器线圈为高Q值时，则线圈的电阻远小于其感抗
• 当活动铁芯向另一边（反方向）移动时
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（2）活动铁芯向一边移动时
铁芯向线圈一个方向移动时的等效电路
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结果
在Ui的正半周
Z 1 U o VD VC Ui 2Z 0 1 ( Z ) 2 2Z 0
在Ui的负半周
U o VD VC
Z 1 Z Ui Ui 2Z 0 1 ( Z )2 2Z 0 2Z 0
• 根据电磁感应原理，将有 组反向串联，因而 出电压为零，即
，由于两二次绕 ,即差动变压器输
• 式中，ω为激励电源角频率，单位为rad/ s ; M1、 M2分别为一次绕组N1与二次绕组N21、N22间的互 感量，单位为H; 为一次绕组的激励电流，单位 为A。
• 当活动衔铁向二次绕组N21方向(向上)移动时，由 于磁阻的影响，N21中的磁通将大于N22中的磁通， 即可得 ，从而使M1> M2， 因而必然会使 增加， 减小。因 为 。综上分析可得
• 差动式自感传感器采用变压器交流电桥为测量电路时，电 桥输出电压既能反映被测体位移量的大小，又能反映位移 量的方向，且输出电压与电感变化量呈线性关系。
传感检测技术例题
传感检测技术例题例1、一只应变片的电阻R=120Ω，灵敏度系数K=2.05，用做应变ε=800μm/m的传感元件，将其接入等臂电桥。
求：（1）、ΔR和ΔR/R；（2）、若电源电压U=3V，惠斯登电桥的输出电压U0为多大？解：（1）、应变片的电阻相对变化量为：ΔR/R=Kε=2.05×800×10-6；=1.64×10-3=0.164℅应变片的电阻变化量为：ΔR=R×ΔR/R=120×0.164℅=0.197Ω（2）、惠斯登电桥的输出电压为：U0=U×ΔR/4R=(1/4)×0.164℅×3=1.23mV例2、在以钢为材的实心圆柱形试件上，沿轴线和圆周方向个各贴一片电阻为120的金属应变片R1和R2，如图所示。
把这两个应变片接入电桥，如图所示。
如果钢的泊松系数μ=0.285,应变片的灵敏度系数K=2，电桥电源电压U=2V,当试件受到轴向拉伸时，测得应变片R1的电阻变化值ΔR1=0.48Ω。
求：（1）、轴向应变量。
（2）、电桥的输出电压。
解：(1)、根据：ΔR/R=Kε轴向因变量为：ε=ΔR1/R1K=0.48/(120×2)=0.002=2000με（2）、根据泊松效应，圆柱的周向应变为：εr=-με=-0.285×2000=-570με故：ΔR2=Kεr R2=-2×570×10-6×120=-0.137Ω电桥输出电压：U0=(1/4)( ΔR1/R1-ΔR2/R2)U=(1/4)×(0.48/120+0.137/120)×2=2.57mV例3、一个测量吊车起吊重物时拉力的传感器如图1.6（a）所示，将R1、R2、R3、R4按要求贴在等截面轴上。
已知等截面轴的横截面面积A=0.00196m2,材料的弹性模量E=2×1011N/m2,泊松比μ=0.3，且R1=R2=R3=R4=120Ω,K=2,所组成的全桥电路如图1.6（b）所示，电桥供电电压U=2V.。
相敏检波器的工作原理
相敏检波器的工作原理
相敏检波器是一种基于相位差的电路，用于检测和测量高频信号的强度。
它可以将高频信号转换为直流信号，使其易于测量和分析。
相敏检波器工作的基本原理是利用电容和电阻构成的相位移网络。
进入相敏检波器的高频信号首先通过一个电容，根据电容的阻抗特性，电流与电压之间存在相位差。
接下来，信号经过一个电阻，电阻的阻值和电容的耦合决定了信号的相位差量。
经过电容和电阻后，信号被分成两个组成部分，一个是与电流相位一致的直流分量，另一个是与电压相位一致的交流分量。
然后，通过一个低通滤波器，只保留交流分量而滤除直流分量。
经过滤波后的交流分量与原始信号相位差90度，并且其幅度
与原始信号的强度成正比。
最后，经过交流放大器放大后的信号被转换为直流信号，并由直流放大器进行放大和输出。
这样，相敏检波器就能够将原始高频信号转换为直流信号，并且其直流输出的幅度与原始信号的强度成正比。
总而言之，相敏检波器利用相位差电路，将高频信号转换为直流信号，并通过滤波和放大等处理，得到与信号强度成正比的输出。
其工作原理主要是基于相位差和滤波放大的原理。
差动整流电路和相敏检波电路
L L0 0
（4-14）
灵敏度为
L
K0
L0
1
0
（4-15）
可见：变气隙电感式传感器的测量范围与灵敏度及线性度相 矛盾，因此变气隙电感式传感器适用于测量微小位移的场合。
与K 0 L
• 衔铁上移
– 切线斜率变大
L0＋L
– 灵敏度增加
K0 LL0 10 10 L0－LL00 2
• 衔铁下移
电感测微仪是用于测量微小尺寸变化很普遍的一种工具，常用于测量 位移、零件的尺寸等，也用于产品的分选和自动检测。
测量杆与衔铁连接，工作的尺寸变化或微小位移经测量杆带动衔铁移 动，使两线圈内的电感量发生差动变化，其交流阻抗发生相应的变化，电 桥失去平衡，输出一个幅值与位移成正比、频率与振荡器频率相同、相位 与位移方向对应的调制信号。如果再对该信号进行放大、相敏检波，将得 到一个与衔铁位移相对应的直流电压信号。
当衔铁上移时： 当衔铁下移时：
U0
U 2
0
U U0 2 0
2. 变压器式交流电桥
C ＋U
U
－2
＋U
－2 D
Z1
＋A Z2 U o
－ B
变压器式交流电桥
电桥两臂Z1、Z2为传感器线圈阻抗，另外两桥臂为交 流变压器次级线圈的1/2阻抗。 当负载阻抗为无穷大时， 桥路输出电压
U oZ1Z 2Z2U1 2UZ Z1 2 Z Z2 1U 2
L2a
U o
RL
U i
Mb
r2b
－
E 2b
L1b
L2b
－
r1b
变隙差动变压器电感式传感器的等 效电路
当r1a<<ωL1a，r1b<<ωL1b时，如果不考虑铁芯与衔铁中
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差动相敏检波电路应用
2008-11-20 10:55
差动变压器式电感传感器
互感型电感传感器是利用互感M的变化来反映被测量的变化。
这种传感器实质上是一个输出电压可变的变压器。
当变压器初级线圈输入稳定交流电压后，次级线圈便会有感应电压输出，该电压随被测量的变化而变化。
差动变压器式电感传感器是常用的互感型传感器，其结构形式有多种，以螺管形应用较为普遍，其结构及工作原理如下图所示。
传感器主要由线圈、铁芯和活动衔铁三部分组成。
线圈包括一个初级线圈和两个反接的次级线圈，当初级线圈输入交流激励电压时，次级线圈将产生感应电动势e1和e2。
由于两个次级线圈极性反接，因此，传感器的输出电压为两者之差，即e y=e1-e2。
活动衔铁能改变线圈之间的藕合程度。
输出e y的大小随活动衔铁的位置而变。
当活动衔铁的位置居中时，e1=e2，e y=0；当活动衔铁向上移时，e1>e2，e y>0；当活动衔铁向下移时，e1<e2，e y<0。
活动衔铁的位置往复变化，其输出电压也随之变化，输出特性如下图所示。
图4.3-1
值得注意的是：首先，差动变压器式传感器输出的电压是交流量，如用交流电压表指示，则输出值只能反应铁芯位移的大小，而不能反应移动的方向；其次，交流电压输出存在一定的零点残余电压，零点残余电压是由于两个次级线圈的结构不对称，以及初级线圈铜损电阻、铁磁材质不均匀、线圈间分布电容等原因所形成的。
所以，即使活动衔铁位于中间位置时，输出也不为零。
鉴于这些原因，差动变压器式传感器的后接电路应采用既能反应铁芯位移极性，又能补偿零点残余电压的差动直流输出电路。
下图所示为用于小位移的差动相敏检波电路的工作原理，当没有信号输入时，铁芯处于中间位置，调节电阻R，使零点残余电压减小；当有信号输入时，铁芯移上或移下，其输出电压经交流放大、相敏检波、滤波后得到直流输出。
由表头指示输入位移量的大小和方向。
图4.3-2
差动变压器式传感器具有精度高（达0.lμm量级），线圈变化范围大(可扩大到±l00mm，视结构而定)，结构简单，稳定性好等优点，被广泛应用于直线位移测量及其它压力、振动等参量的测量。