基于電感傳感器的鋼珠直徑分選器設計

2．2 系統框圖設計
根據電感傳感器的工作原理，配合電氣動控制電路，設計檢測電路。該電路分為機械控制和電氣測量兩個電路部分。機械控制部分主要完成電感傳感器的選擇、鋼珠的推動與定位、氣缸和料箱翻板控制功能；電氣測量部分主要完成信號拾取、信號處理和執行顯示功能。檢測過程中，可以采用數字示波器進行輸出信號的動態觀察和測量。鋼珠直徑分選器測控系統電路原理框圖如圖5所示。

2．3 工作原理
2．3．1 機械控制電路
當氣缸進氣口A有0．8 MPa的高壓進氣時，氣缸前室殘留氣體由B口排除，活塞自左向右推行，將放料口的鋼珠推向電感傳感器的下方，供其拾取信號。檢測過程中，活塞將受到電磁閥驅動電路的控制，活塞的出氣口B改為進氣口輸入0．8 MPa的高壓氣，進氣口A改為出氣口排除活塞內的氣體，活塞自動恢復初始狀態，等待下一次鋼珠的到來。為了精確地計數每個鋼球的尺寸，以9 mm為鋼珠的標準直徑，按1 μm差值為單位劃分-3、-2、-1、0、1、2、3 μm、次品8個等級，對應8個收料箱，每個收料箱上端的翻板都是可控制的活動板，由8個與之一一對應的電磁鐵驅動電路控制，最后通過計數裝置將每個尺寸鋼球的統計結果反饋給計算機并顯示出來。
2．3．2 電氣測量電路
1)信號拾取模塊
本例中，考慮到1 μm數量級的檢測精度比較高，檢測傳感器的選擇是否得當對最后的結果影響很大，選擇合適的傳感器可以將干擾減少到最少。所以采用AD698高精度線性差動式電感傳感器(LVDT：Linear Variable Differential Transformer)為信號拾取電路，以磁芯的機械位移為輸入，交流電壓信號為輸出，該電壓與磁芯位置成正比。傳感器初級線圈由外部參考正弦波信號源激勵，兩個次級線圈反向串聯，磁芯的移動可改變初級線圈之間的耦合磁通，從而產生兩個幅值不同的交流電壓信號，以滿足后續電路的信號要求。
2)信號處理模塊
由相敏檢波電路、標準信號設置電路、電壓比較放大電路和電磁驅動電路組成。以相敏檢波電路為核心，完成鑒別調制信號相位和選頻功能，如圖6所示。

①相敏檢波電路
電路組成：4個性能一致的整流二極管VD1～VD4串聯成一個閉合的電橋，4個節點a、b、c、d分別接在變壓器T1、T2的次級線圈上，輸入信號uyi與檢波器的參考電壓uyo分別經過T1、T2夾在電橋的兩個對角，電橋中電阻R1～R4為限流電阻，阻值都為R，起保護所在橋臂二極管的作用。u0>>uyi=u1+u2，且與uyi同頻，以保證準確控制4個二極管的導通狀態。
②工作原理：當銜鐵在零點(中點)以上移動，即位移x(t)>0時，uyi與uyo同頻同相。
當uyi與uyo都是正半周時，T1的次級線圈輸出電壓u1為上正下負，根據同名端標識，u2也為上正下負；T2的次級線圈輸出電壓u01為左正右負，根據同名端標識，u02也為左正右負。根據電路分析原理可知，各級變壓器的次級輸出為：