【導讀】dianganweiyichuanganqibeiguangfanyingyongyuweixiaoweiyiliangjiancezhong，danzaiyixiegongchengzhongxianyouchuanganqideceliangjingduhelingmindudabudaoceliangyaoqiu。zhenduizheyiwenti
，duichuanganqiqianduanxinhaochulidianlujinxinggaijin，zaichuanganqishangxiaxianquanbingliandianrongxingchengLC電路，利用LC電路諧振效應改善電路的性能，以提高信號源頭的靈敏度；采用Multisim軟件對半橋和全橋電路在並聯不同大小的電容後的性能進行仿真
，並用Matlab對dui生sheng成cheng的de曲qu線xian進jin行xing最zui小xiao二er乘cheng擬ni合he，比bi較jiao得de出chu使shi電dian路lu性xing能neng最zui優you的de電dian容rong值zhi和he並bing聯lian方fang法fa。結jie果guo表biao明ming在zai損sun失shi微wei小xiao線xian性xing度du的de情qing況kuang下xia可ke將jiang靈ling敏min度du提ti高gao一yi倍bei。

dianganweiyichuanganqibeiguangfanyingyongyuweixiaoweiyiliangjiancezhong，danzaiyixiegongchengzhongxianyouchuanganqideceliangjingduhelingmindudabudaoceliangyaoqiu。zhenduizheyiwenti
，duichuanganqiqianduanxinhaochulidianlujinxinggaijin，zaichuanganqishangxiaxianquanbingliandianrongxingchengLC電路

，利用LC電路諧振效應改善電路的性能
，以提高信號源頭的靈敏度；采用Multisim軟件對半橋和全橋電路在並聯不同大小的電容後的性能進行仿真
，並用Matlab對dui生sheng成cheng的de曲qu線xian進jin行xing最zui小xiao二er乘cheng擬ni合he
，比bi較jiao得de出chu使shi電dian路lu性xing能neng最zui優you的de電dian容rong值zhi和he並bing聯lian方fang法fa。結jie果guo表biao明ming在zai損sun失shi微wei小xiao線xian性xing度du的de情qing況kuang下xia可ke將jiang靈ling敏min度du提ti高gao一yi倍bei。

電dian感gan位wei移yi傳chuan感gan器qi的de實shi質zhi
，是shi將jiang敏min感gan元yuan件jian的de變bian化hua量liang轉zhuan化hua成cheng電dian壓ya幅fu值zhi的de變bian化hua量liang來lai進jin行xing測ce量liang，其qi廣guang泛fan應ying用yong於yu檢jian測ce微wei小xiao位wei移yi量liang的de檢jian測ce係xi統tong中zhong，因yin此ci對dui電dian感gan傳chuan感gan器qi的de測ce量liang精jing度du和he靈ling敏min度du要yao求qiu很hen高gao。電dian感gan位wei移yi傳chuan感gan器qi的de靈ling敏min度du是shi指zhi輸shu出chu電dian壓ya的de增zeng量liang與yu側ce頭tou位wei移yi增zeng量liang的de比bi。在zai其qi他ta條tiao件jian相xiang同tong的de情qing況kuang下xia提ti高gao靈ling敏min度du可ke以yi提ti高gao係xi統tong的de最zui小xiao分fen辨bian率lv和he精jing度du。提ti高gao電dian感gan傳chuan感gan器qi靈ling敏min度du的de方fang式shi有you多duo種zhong，但dan目mu前qian主zhu要yao都dou是shi通tong過guo對dui電dian感gan傳chuan感gan器qi的de信xin號hao調tiao理li電dian路lu的de改gai進jin來lai實shi現xian。文wen中zhong嚐chang試shi通tong過guo諧xie振zhen電dian路lu改gai變bian傳chuan感gan器qi的de輸shu出chu信xin號hao，從cong信xin號hao源yuan頭tou增zeng大da傳chuan感gan器qi靈ling敏min度du。這zhe種zhong方fang法fa相xiang當dang於yu對dui傳chuan感gan器qi本ben身shen進jin行xing改gai進jin，使shi得de它ta還hai可ke以yi與yu其qi他ta改gai進jin技ji術shu如ru：傳感器激勵源、輸出信號處理、計算機軟件補償等兼容以共同提高整個係統的性能。

1 改進後電路的模型建立

1．1 半橋式改進電路

如圖1如果沒有C1和C2weiputongbanqiaodianlu
，xuxiankuangzhongweidianganchuanganqidedengxiaodianlu，chuanganqicetoudeweiyidaidongluoxianguanzhongtiexinshangxiayidong
，congergaibianshangxialianggexianquandedianganzhi。jiangliangxianquandengxiaochengchundianzuhechundiangandechuanlian

，rutuzhongR1和L1組成上線圈
，R2和L2組成下線圈，輸出接在上線圈上。實際傳感器中線圈與輸出的接線不會變，隻是通過鐵芯移動來改變電感，所以R1和R2固定不變。輸出電壓

圖1在上下兩個線圈並聯電容C1和C2後
，分別形成了諧振回路I和回路II。如果鐵芯在最下方時：回路II諧振，回路I失諧。當鐵芯在最上方時：回路I諧振
，回路II失諧。由於諧振電路在諧振時的阻抗會遠大於失諧時的阻抗。可以定性地得出，鐵芯在最下方時Uout的de幅fu值zhi會hui比bi沒mei有you電dian容rong小xiao，在zai最zui上shang方fang時shi會hui比bi沒mei有you電dian容rong時shi大da，所suo以yi靈ling敏min度du會hui增zeng大da。但dan在zai最zui下xia方fang和he最zui上shang方fang中zhong間jian的de變bian化hua情qing況kuang，以yi及ji它ta的de線xian性xing度du則ze需xu要yao後hou邊bian仿fang真zhen來lai確que定ding。輸shu出chu電dian壓ya

1．2 全橋式改進電路

普通全橋電路圖2（a），傳感器上下兩線圈分別與匹配電阻R3和R4相連，在L1=L2時電橋平衡，當向上發生△X的位移時
，鐵芯上移，L1增大△L，L2減小△L，Uout的變化會比半橋方式增加近兩倍，輸出電壓

如圖2（b）和圖2（c）對上下兩線圈分別采用並聯和串聯電容C1和C2的方式
，形成諧振回路I和回路II，通過後續仿真觀察這兩種方式電路性能的變化情況。輸出電壓

2 電路的仿真

2．1 仿真平台及仿真條件

仿真平台使用MulTIsim
，它是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎的仿真工具
，適用於板級的模擬／數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入
、電路硬件描述語言輸入方式，具有龐大的元器件庫和全麵的儀器儀表庫和豐富的仿真分析能力。采用它來對改進前後的電路進行仿真。

在仿真之前

，先結合工程實際情況對仿真條件進行一些設定：

（1）激勵電源：頻率為7．5 kHz
，峰峰值為5 V的交流電。

（2）傳感器：總電感值為10mH差動電感傳感器，線性範圍為3～7mH，電感的自身的電阻值為54Ω。

如上文所述R1和R2固定不變，所以R1和R2為27Ω。而對應的純電感L1和L2，會隨著位移線行變化
，滿足L1+L2=10 mH（3《L1《7，3《L2《7）。

2．2 仿真過程及結果

對於半橋時電路II由於希望鐵芯在最下方時回路II諧振，最上方時回路I諧振，因為L1和L2的變化範圍為3～7 mH。L2為7 mH時回路II諧振，L1為7 mH時回路I諧振。按照仿真條件計算C1=C2=65 nF。簡化仿真不妨取C1=C2，在65 nF附近從55～100 nF間隔5 nF進行仿真

，觀察電路性能，仿真結果如圖3所示。

tuzhongkeyikanchubutongdedianrongzhiduidianludexingnengyingxianghenda
，ruguoxuanzebuqiadang，fanerhuishixitongxingnengxiajiang。zhiyouxuanzeshidangrongliangdedianrongdaxiaocainengshicelianglingmindutigao，tongshibaochijinliangxiaodexianxingwucha。suoyixuanququxianzaiL1=3～7 mH段時，靈敏度最高，線性度最好
，進行最小二乘計算，它與普通半橋的對比如圖4所示。

經Matlab計算普通半橋在3～7 mH段
，電壓變化範圍1．5～3．5 V，電壓對電感的靈敏度為0．5V／mH。線性度近似為1。對圖4（b）采用最小二乘法擬合直線後，在3．8～6．3 mH段，輸出電壓的變化範圍0．77～4．39 V。線性度可達2．39％
，靈敏度為1．448 V／mH。

對全橋電路的仿真與半橋的方法類似
，需要注意的是希望電橋在L1=L2=5 mL時平衡
，所以對於匹配電阻的選取需要根據仿真條件計算

對於電路I：R3=R4=|jw×0．005+R1|=237 Ω；電路II：R3=R4=|（jwL+R1）∥（1／jwC1）|=817Ω；電路III：R3=R4=|jwL+R1+（1／jwC1）|=98Ω。

對於使用電容的電路，同樣對不同的電容值條件下的電路進行仿真，選出性能最好的如圖5所示。

普通全橋在3．8～6．3 mH段
，電壓變化範圍為-1．2～+1．3 V
，電壓對電感的靈敏度為1 V／mH。線性度近似為1．38。對圖5（b）和圖5（c）使用Matlab進行最小擬合直線如圖所示
，在3．8～6．3 mH段，並聯方式輸出電壓的變化範圍為-2．66～+2．66V
，靈敏度為2．130V／mH線性度可達1．68％。串聯方式的輸出電壓範圍約為-1．25～+1．25V，靈敏度約為2．130V／mH線性度可達1．33％。

3 分析與結論

如表1所示
，為各電路的靈敏度和線性度
，可以在損失較小線性度條件下
，將靈敏度提高。對於半橋雖然將靈敏度提高了近200％，但犧牲的線性度較大。串聯電容的方式靈敏度幾乎沒有增大。性能最好的是並聯電容後的全橋電路，靈敏度提升了113％，且損失的線性度較小，隻比原來增大21．7％
，而且實際應用中
，可以通過軟件補償和事先標定來彌補線性度的不足。

如何提高電感傳感器的測量精度和靈敏度

綜(zong)合(he)理(li)論(lun)分(fen)析(xi)和(he)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)，在(zai)激(ji)勵(li)源(yuan)確(que)定(ding)和(he)電(dian)感(gan)傳(chuan)感(gan)器(qi)參(can)數(shu)確(que)定(ding)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，通(tong)過(guo)計(ji)算(suan)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)恰(qia)當(dang)的(de)電(dian)容(rong)值(zhi)，當(dang)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)兩(liang)部(bu)分(fen)線(xian)圈(quan)上(shang)並(bing)聯(lian)這(zhe)個(ge)電(dian)容(rong)時(shi)，測(ce)量(liang)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)會(hui)有(you)顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)
，同(tong)時(shi)仍(reng)可(ke)以(yi)保(bao)持(chi)較(jiao)好(hao)的(de)線(xian)性(xing)度(du)，從(cong)而(er)達(da)到(dao)改(gai)善(shan)和(he)提(ti)高(gao)電(dian)感(gan)傳(chuan)感(gan)器(qi)性(xing)能(neng)和(he)最(zui)小(xiao)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)目(mu)的(de)。

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