4、线性可变差动变压器的设计与验证

线性可变差动变压器的设计与验证

1. 引言

线性可变差动变压器（LVDT）是测量线性位移最广泛使用的传感器之一。与电位计式线性传感器相比，它具有无摩擦测量、机械寿命无限、分辨率高和重复性好等优点。不过，它也存在动态响应和励磁频率影响等缺点。

LVDT 还可作为二次传感器用于各种测量系统。一次传感器将被测量转换为位移，LVDT 则用于测量该位移。常见应用如下：
- 压力测量：通过 LVDT 检测隔膜或波登管的位移（如隔膜式压力传感器）。
- 加速度测量：利用 LVDT 测量质量块的位移（如加速度计中的 LVDT）。
- 力测量：借助 LVDT 测量受力弹性元件的位移（如环形称重传感器）。

传统的 LVDT 分析和设计方法基于近似方程，但这些方程存在不准确性，尤其是端部效应。目前，一些新颖的设计方法包括有限元法、人工神经网络等。此外，LVDT 还被集成到线性执行器中。

2. 总体概述

LVDT 设计时需要考虑的重要参数如下：
| 参数 | 描述 |
| ---- | ---- |
| (l_p) | 初级线圈的长度 |
| (l_s) | 次级线圈的长度（假设两个次级线圈长度相同） |
| (l_c) | 铁芯的长度 |
| (r_c) | 铁芯的直径 |
| (r_i) | 线圈的内径（假设初级和两个次级线圈的内半径相同） |
| (r_o) | 线圈的外径（假设初级和两个次级线圈的外径相同） |
| (w_s) | 导线的间距（中心到中心） |
| (f) | 励磁频率 |
| (I) | 初级电流峰值 | <