電位器式位移傳感器負(fù)載特性的自動(dòng)補(bǔ)償思路探索

【摘 要】本文提出了電位器式位移傳感器負(fù)載特性非線性方面的問題，嘗試通過集成運(yùn)放以及應(yīng)用正電壓可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電位器式位移傳感器的自動(dòng)補(bǔ)償，同時(shí)還該補(bǔ)償思路還能夠使傳感器負(fù)載能力得到合理的提升，綜合價(jià)值顯著。

【關(guān)鍵詞】電位器式位移傳感器 自動(dòng)補(bǔ)償 負(fù)載特性 思路

電位器式位移傳感器以分壓器（主要由線性電位器所構(gòu)成）為核心，在作用于實(shí)際工況的過程當(dāng)中，具有使用便捷、成本低廉、以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等多個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前，電位器式位移傳感器被廣泛應(yīng)用測(cè)孔、儀表、儀器等相關(guān)領(lǐng)域中位移以及位移相關(guān)指標(biāo)的測(cè)量工作當(dāng)中。結(jié)合已累積的實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)來看，在應(yīng)用該位移傳感器進(jìn)行位移測(cè)量的過程當(dāng)中，需要確保傳感器負(fù)載特性處于線性狀態(tài)，或者是非線性狀態(tài)下較小，以此種方式達(dá)到提高位移測(cè)量精確性，減少位移誤差的目的。從這一角度上來說，為了能夠達(dá)到維持傳感器負(fù)載特性處于線性狀態(tài)的目的，最關(guān)鍵的問題在于確保電位器式位移傳感器在正常運(yùn)行狀態(tài)下，其負(fù)載電阻器對(duì)應(yīng)電阻與電位器對(duì)應(yīng)電阻取值之比為無窮大。為滿足這一要求，可嘗試通過集成運(yùn)放以及應(yīng)用正電壓可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)位移傳感器的自動(dòng)補(bǔ)償，以達(dá)到良好的實(shí)用效果。本文即針對(duì)該問題展開詳細(xì)分析，探討電位器式位移傳感器負(fù)載特性的自動(dòng)補(bǔ)償思路，具體總結(jié)如下：

一、電位器式位移傳感器負(fù)載特性分析

在電位器式位移傳感器當(dāng)中，其正常運(yùn)行狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的傳感電路如下圖所示（見圖1）。結(jié)合圖1來看，假定電位器電刷最大移動(dòng)長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的電阻值取值為R，電刷實(shí)際移動(dòng)長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的電阻值取值為r，且V作為輸入電壓取值，v作為輸出電壓取值。則可以建立起該傳感器對(duì)應(yīng)的負(fù)載特性關(guān)系式，如下：

根據(jù)電阻相對(duì)變化的既有特性以及負(fù)載系數(shù)的倒數(shù)關(guān)系，可以獲取該傳感器負(fù)載特性關(guān)系式下（假定為Y），轉(zhuǎn)換為相對(duì)輸入電壓后的取值算式，如下：

Y=電刷相對(duì)行程/（1+電刷相對(duì)行程/負(fù)載系數(shù)倒數(shù)-電刷相對(duì)系數(shù)2/負(fù)載系數(shù)倒數(shù)）；

故而可認(rèn)為：對(duì)于一般狀態(tài)下電位器式位移傳感器而言，其在正常運(yùn)行工況下所產(chǎn)生的負(fù)載特性具有非線性特征表現(xiàn)。且非線性的程度與負(fù)載系數(shù)倒數(shù)取值有相關(guān)性關(guān)系。只有在負(fù)載系數(shù)倒數(shù)取值傾向無無窮大的情況下，才能夠確保相對(duì)輸入電壓取值傾向于電刷相對(duì)行程，滿足該取值要求的條件下可確保輸入電壓與電刷實(shí)際移動(dòng)長(zhǎng)度呈正相關(guān)關(guān)系。

二、自動(dòng)補(bǔ)償思路分析

結(jié)合對(duì)電位器式位移傳感器負(fù)載特性的分析，構(gòu)建自動(dòng)補(bǔ)償?shù)幕舅悸?，所形成的?fù)載特性自動(dòng)補(bǔ)償電路示意圖如下圖所示（見圖2）。圖2當(dāng)中，引入單電源通用集成運(yùn)放模塊以及正電壓可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器。自動(dòng)補(bǔ)償電路連接過程當(dāng)中，單電源通用集成運(yùn)放模塊直接與電壓跟隨器連接，在電路運(yùn)行期間，電壓跟隨器所對(duì)應(yīng)的輸入電阻取值在400.0MΩ單位以上，輸入電阻取值在1.0Ω以內(nèi)。圖中Ri取值等同于位移傳感器中的負(fù)載電阻，由于其能夠確保條件“負(fù)載系數(shù)倒數(shù)傾向于無窮大”滿足，故而認(rèn)為能夠從根本意義上消除位移傳感器負(fù)載特性中所存在的非線性問題。

結(jié)合單電源通用集成運(yùn)放模塊的內(nèi)部工作原理來看，穩(wěn)壓電路所輸出電壓的取值會(huì)受到單電源通用集成運(yùn)放模塊基準(zhǔn)電壓取值、電壓跟隨器輸出電壓取值、單電源通用集成運(yùn)放模塊調(diào)整端流出電流取值等多個(gè)方面因素的影響，具體的計(jì)算方式如下式所示：

穩(wěn)壓電路輸入電壓取值=單電源通用集成運(yùn)放模塊基準(zhǔn)電壓（取恒定值為1.25V）+電壓跟隨器對(duì)應(yīng)輸出電壓取值；（單電源通用集成運(yùn)放模塊調(diào)整端流出電流取值對(duì)輸入電壓的影響可忽略）

從這一角度上來說，對(duì)于單電源通用集成運(yùn)放模塊而言，穩(wěn)壓電路輸入電壓的取值與傳感器輸入電壓取值之間具有線性相關(guān)的關(guān)系。

換句話來說，電位器式位移傳感器的輸入電壓可以轉(zhuǎn)換為穩(wěn)壓電路的輸出電壓。在該補(bǔ)償電路當(dāng)中，電位器式位移傳感器受到負(fù)載電阻取值變化影響而發(fā)生的輸入電壓改變可以直接由穩(wěn)壓電路所具備的穩(wěn)壓功能予以自動(dòng)補(bǔ)償。由于在電路中所引入的單電源通用集成運(yùn)放模塊具有穩(wěn)壓優(yōu)勢(shì)，故意味著允許負(fù)載電阻值的實(shí)際取值較小，能夠在消除電位器式位移傳感器負(fù)載特性非線性問題的基礎(chǔ)之上，合理提高傳感器的負(fù)載能力水平。

除此以外，在該補(bǔ)償電路當(dāng)中，穩(wěn)壓電路輸入端以及輸出端分別設(shè)置有電容器C以及C0，故能夠在自動(dòng)補(bǔ)償電路運(yùn)行期間，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓跟隨器所輸出電壓中存在干擾因素以及紋波因素的合理控制、消除。并且，在結(jié)合實(shí)際工況選擇正電壓可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器的過程當(dāng)中，為了能夠使電路自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男阅艿玫竭M(jìn)一步提升，可盡量選擇輸出電流較大的穩(wěn)壓器，避免負(fù)載回路發(fā)生振蕩的問題。

三、結(jié)束語

本次研究中為了解決電位器式位移傳感器在常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)下容易出現(xiàn)的非線性負(fù)載問題，引入了單電源通用集成運(yùn)放模塊以及正電壓可調(diào)集成三端穩(wěn)壓器，在兩者支持下構(gòu)建了自動(dòng)補(bǔ)償?shù)碾娐逢P(guān)系。后期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)顯示，該自動(dòng)補(bǔ)償思路在作用于實(shí)踐后，除具有良好的補(bǔ)償功效以外，且電路整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)用性強(qiáng)，可在具體工況中進(jìn)一步推廣，以達(dá)到提高電位器式位移傳感器位移測(cè)量準(zhǔn)確性，降低位移誤差的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]王義平，饒?jiān)平?，冉曾令?高頻CO2激光脈沖寫入的長(zhǎng)周期光纖光柵傳感器的特性研究[J].物理學(xué)報(bào)，2003，52（6）：1432-1437.

[2]CHENG Chin-hsing，CHANG Min-chih，LIU Wen-fung等.基于光纖布拉格光柵和壓電轉(zhuǎn)換器的電功率傳感器[J].光學(xué)精密工程，2011，19（9）：2255-2262.

[3]奚小網(wǎng)，陸榮，高波等.用于多電機(jī)同步控制的角位移傳感器設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，33（15）：45-48.