在機械裝置的運動軸中，最常見的是直線運動。

對於直驅，我們一般用直線位移感測器，比如光柵尺來檢測運動部件的位置。

而對於旋轉變直線的運動軸，有時也可以用旋轉編碼器來檢測位置，速度等引數。

上次，我分享了光柵尺和旋轉編碼器的原理。

光柵尺原理，橫屏更好看

旋轉編碼器原理

今天，我想分享一下另外一種常用的直線位移感測器：LVDT。

什麼是LVDT？

我查了一下，LVDT是Linear Variable Differential Transformer的縮寫，表面意思是，線性可變差動變壓器。

乍一看怎麼是變壓器，嚇壞了。

原來是因為，它也是利用變壓器的磁感應原理，來產生電壓，再透過電路轉換，得到被測位移。

為了方便理解，我們這裡就叫LVDT感測器。

變壓器原理：在主線圈通入交流電，在副線圈感應出電壓

1。 LVDT的結構

LVDT的內部主要結構，包括一個初級繞組和一對次級繞組，初級繞組位於中間，而次級繞組則沿相反方向串聯，纏繞在初級繞組的兩側。運動部件是導磁鐵芯，可以在空心線圈中移動，連線到要測量位置的物體上。圓柱形的遮蔽層和不鏽鋼外殼可以保護繞組免受損壞，並且還可以容納感測磁場，提供電磁遮蔽。來源：te。com。

簡化的線圈和鐵芯，初級繞組位於中間，次級繞組串聯，纏繞在初級繞組的兩側。每個次級線圈應具有相同的匝數和長度，以免影響零位和線性度。

2。 LVDT感測器的原理

先上一張動畫感知一下。

LVDT工作示意圖

執行時，在初級繞組上施加一個小的交流電壓，稱為“勵磁訊號”，進而在兩個相鄰的次級繞組中感應出電動勢（變壓器原理），鐵芯在不同的位置，次級繞組電勢差不同，進而透過感應電壓確定鐵芯位置。來源：Honeywell。

LVDT輸出電壓與鐵芯位置的關係，上方圖是交流電幅值與鐵芯位置的關係，下方圖是經過電路變化以後的直流輸出與鐵芯位置的關係，來源te。com。

如果鐵芯恰好位於空心管的中央，則兩個次級繞組中的感應電動勢會相互抵消，因為它們的相位差180°，因此最終輸出電壓為零。

當鐵芯向一側稍微移動時，其中一個次級線圈中的感應電壓，將變得大於另一個次級線圈中的感應電壓，從而產生電勢差，並且輸出交變電壓。

當鐵芯透過中心位置，從一端移動到另一端時，輸出電壓從最大值變為零，然後再次回到最大值，但是在此過程中，其相角改變了180度。

這使LVDT能夠產生交流電訊號，其幅度表示鐵芯從中央位置開始的移動量，並且其相位角表示鐵芯的移動方向。因此，這種型別的位置感測器的輸出訊號，既可以用感應電壓大小表示位移大小，又可以根據電壓極性表示運動方向，所以說這是一種絕對式感測器。

通常，此感應出的交流電壓，透過合適的電子電路，轉換為更方便使用的高電平直流電壓或電流。

這就是LVDT的原理。

LVDT原理概括圖

LVDT原理概括圖

LVDT原理概括圖

3。 LVDT的優缺點

1。無限壽命

與其他型別的位移感測器相比，LVDT感測器的主要優勢在於堅固耐用，理論上無限壽命，因為感應元件之間沒有物理接觸，沒有磨損。

2。無限解析度

由於該裝置依賴於磁通量的耦合，因此LVDT可以具有無限的解析度。因此，可以透過合適的訊號調節，檢測很小的運動，而感測器的解析度則取決於資料採集系統的解析度。

3。高線性度

在測量範圍內，線性度很高，精度高。

4。絕對測量

LVDT是絕對輸出裝置，而不是增量輸出裝置。

這意味著在斷電的情況下，從LVDT傳送的位置資料不會丟失。重新啟動測量系統後，LVDT的輸出值將與斷電之前的輸出值相同。

5。測量範圍廣

LVDT具有非常廣的位移測量範圍，可用於測量1。25mm－250mm的位移。

6。低功耗

它將線性位移轉換為易於處理的電壓，功率約為1W，與其他感測器相比，功耗很低。

7。缺點：對外磁場，溫度敏感。

因為利用了電磁感應原理，LVDT對雜散磁場敏感，因此使用時需要考慮，保護它們免受雜散磁場的影響。

此外，LVDT易受振動和溫度影響。