【正文】 FFH 和一個字節(jié) 的 FFH；寫完后轉(zhuǎn)換器處于命令模式，等待一個有效的命令。復(fù)位后，片上寄存器如被設(shè)置為以下狀態(tài)：配置寄存器置 000040H，通道設(shè)置寄存器置 000000H， 偏移寄存器置 000000H，增益寄存器置400000H， 則表明完成了一次有效復(fù)位，轉(zhuǎn)換器處于命令模式，等待一個有效的命令； CS5524 軟件復(fù)位：任何時候向配置寄存器 RS 位寫一個邏輯‘ 1’也可以使系統(tǒng)復(fù)位，如配置寄存器的 RS 位被置位，則表示發(fā)生了一次有效的復(fù)位。 CS5524 上電復(fù)位 ： 當(dāng) CS5524 加電時， 振蕩器開始工作 ， 且芯片內(nèi)的計(jì)數(shù)計(jì)時器計(jì)數(shù)結(jié)束前，芯片一直保持復(fù)位狀態(tài)，直到在計(jì)數(shù) 2020 個時鐘振蕩周期后，才能確定振蕩器完全穩(wěn)定。 另外，每個通道有 24 位可讀寫的偏移、增益寄存器以對 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移、增益校準(zhǔn)的操作控 制。 （ 3） 、 每個物理通道有一個 24 位可讀寫通道設(shè)置寄存器，主要用來設(shè)置需要 A/D 轉(zhuǎn)內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 換的物理通道號、量程、輸出字速率和信號極性。 （ 1） 、 命令寄存器是一個 8 位只寫寄存器，通過設(shè)置該寄存器的相應(yīng)位（命令字），就可以對其它 6 個寄存器進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，命令寄存器的不同位代表著不同的?能， CS2 ~CS0 為物理通道選擇位； CSRP3~CSRP0 為邏輯通 道選擇位；每個物理通道有兩個邏輯通道可供選擇； R/W 為讀寫選擇位； CC2~CC0 為校準(zhǔn)方式選擇位。 CS5524 的主要特點(diǎn) 采用Σ Δ 結(jié)構(gòu) ； 輸入動態(tài)范圍大 ， 共有 25mV、 55mV、 100mV、 1V、 、 5V 等 6 個單 / 雙極性量程可選 ； 可編程選擇通道 ； 每個通道內(nèi)均帶有可讀寫的系統(tǒng)校驗(yàn)與自校驗(yàn)存儲器 ； 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 功率消耗僅 5. 5mW。 圖 為 CS5524 的引腳圖。具有諸多功能。 CS5524 是一種 24 位 Δ Σ 調(diào)制式、 4 通內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 道模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 內(nèi)含多路開關(guān)、斬波穩(wěn)定儀表放大器、可編程增益放大器（ PGA）、數(shù)字濾波器、自校正和系統(tǒng)校正電路等；另外，還集成有一個電荷泵驅(qū)動電路，為片內(nèi)放大器提供負(fù)偏置電壓。如果不需要補(bǔ)償調(diào)節(jié)， R R4 應(yīng)被開路。 在 S 和 d 確定后， R2 的計(jì)算公式如下： R2=VOUT/（ Sd500μA） （ ） 其中， VOUT 是相對于參考信號 的輸出。 計(jì)算 R2 需要以下相關(guān)參數(shù)： 的敏感度 S，它的值可以在生產(chǎn)廠家目錄手冊中查到，單位是 V/V/mile，其物理意義是每英寸的位 移每伏特的輸入對應(yīng)的電壓輸出伏特。 （ 3） C C3決定了 AD698 的系統(tǒng)頻帶寬度 ，原則上，它們的電容值應(yīng)該相等，即 C2=C3=104FHz/f SUBSYSTEM=104FHz/ kHz=。 A F I L T 219A F I L T 120O U T F I L T21F E E D B A C K22S I G O U T23S I G R E F24NC25OFF226OFF127+Vs28Vs1EXC12EXC23NC4L E V 15L E V 26F R E Q 17F R E Q 28NC9B F I L T 110B F I L T 211NC12BIN13+BIN14AIN15+AIN16+ACOMP17ACOMP18U1A D 6 9 8C 1 _ 10 . 0 1 u FR 1 _ 118KC 1 _ 20 . 1 u FC 1 _ 30 . 1 u FC 1 _ 40 . 1 u FC 1 _ 5470pF W 1 _ 210KR 1 _ 230KOSC1+OSC1OSC1+OSC1OSC1OSC1+OSC1O U T 1C 1 _ 6104A G N D+C 1 _ 710uFC 1 _ 8104+C 1 _ 910uFVCC_12VVCC12VW 1 _ 310KR 1 _ 31KV C C _ 1 2 VW 1 _ 410KR 1 _ 41KV C C _ 1 2 VLIN1 圖 AD698 雙 電源供電的外圍電路 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 13 （ 2） 依據(jù)激勵信號 VEXC的電壓幅值來決定 R1， 通常 ， R1 可以調(diào)節(jié)激勵電壓的大小， 當(dāng) VEXC≥24V， 10Ω≤R1≤100Ω； 當(dāng) 12V≤VEXC≤24V時， ≤R1≤1kΩ； 5V≤VEXC≤12V時， 1kΩ≤R1≤10kΩ； 0V≤VEXC ≤5V時， 10kΩ≤R1≤100kΩ。外圍元器件及其參數(shù)大小應(yīng)適合任何符合 AD698 輸入 /輸出標(biāo)準(zhǔn)的 LVDT。外部無源元件的參數(shù)設(shè)置包括激勵信號的頻率和有效幅值、 AD698 輸入信號的頻率和比例因子 (V/inch) 。 一旦兩 個通道信號被解調(diào)和濾波后 ， 再通過一個除法電路來計(jì)算比率 A/B， 除法器的輸出是一個矩形波信號。因?yàn)?在LVDT 處于零位的時候 ， A 通道可能達(dá)到 0V， 所以 A 通道解調(diào)器通常由初級電壓觸發(fā)。 AD698 的輸入包括二個獨(dú)立的同步解調(diào)通道 A 和 B。 AD698通過計(jì)算 LVDT輸出與輸入激勵的比率消除了所有的偏移影響 ，從而避免了這些錯誤。 AD698通過同步解調(diào)輸入幅值 A（ 次級線圈側(cè) ） 和一個固定的參考輸入 B（ 初級線圈側(cè)或固定輸入 ） 。 振蕩器中包含一個多諧振蕩器 ， 該多諧振蕩器產(chǎn)生一個三角波 ， 并驅(qū)動正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一個低失真的正弦波 ， 正弦波的頻率和幅值由一個電阻器和一個電容器決定。 AD698 用一個正弦波函數(shù)振蕩器和功率放大器來驅(qū)動 LVDT， 并用二個同步解調(diào)級來對初級和次級電壓進(jìn)行解碼 ， 解碼器決定了輸出電壓與輸入驅(qū)動電壓的比率 (A/B) 。 AD698 對輸入信號進(jìn)行處理 ， 產(chǎn)生一個標(biāo)定的單極性或雙極性直流電壓信號?？傊C波失真的典型值為 50dB。它包括一 個低失真的正弦波發(fā)生器、功率放大器、兩路同步解調(diào)通道 A 和B、比例電路、濾波器和輸出放大電路。 AD698 的工作溫度范圍為 40 ℃～ 85 ℃ ， 在工作溫度為 + 65 ℃ 時最大功率為 12mW/℃。 本次設(shè)計(jì)采用雙電源 177。 12V～177。 AD698的工作原理 電 壓 參 考A / B L V D T B A 放 大 器 振 蕩 器 A D 6 9 8 濾 波 器 放 大 器 圖 AD698 與 LVDT 連接的功能框圖 AD698 可由單電源或雙電源供電。其激勵輸出具有熱保護(hù)功能。 AD698采用比率譯碼方案 ， 即通過計(jì)算次級電壓與初級電壓的比率來確定 LVDT的位置和方向 ,無需整定。AD698 的輸出電壓有效值達(dá) 24V， 能夠直接驅(qū)動 LVDT的初 級激磁線圈 ， LVDT的次級輸出電壓有效值可以低于 100mV。因?yàn)?AD698 的輸入電壓、輸出電壓及頻率適應(yīng)范圍都很寬 ， 其電路的優(yōu)化設(shè)計(jì) ， 使得它與任何類型的 LVDT 配合使用都能獲得理想效果。其單極性或雙極性直流 輸出 電壓正比于 LVDT 的位移變化。 本次設(shè)計(jì)采用的就是 AD698 芯片。 AD698 與 LVDT 配合 ， 能夠高精確和高再現(xiàn)性地將 LVDT 的機(jī)械位移轉(zhuǎn)換成單極性或雙極性的直流電壓。體積小，價格低，性能價格比高。 可以做成在特殊條件下工作的傳感器，如耐高壓 、 高溫 、 耐輻射 、 全密土封在水下工作。光柵、磁柵等測量速度一般為 m/s 以內(nèi)，只能用于靜態(tài)測量。 毛利率高：可達(dá) 60% ~ 70%。 軍 級： 55℃ ~ +125℃ 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 9 傳感器或變送器分為三級： 商業(yè)級： 0℃ ~ +70℃ 。 ~ 177。 精度：最高精度可達(dá) %，一般為 %、 % 絕對誤差：最高可達(dá) 1μm 重復(fù)性：好，最高可達(dá) 1μm 靈敏度：高，一般每 mm 位移輸出為數(shù)百 mv, 最高可達(dá)幾伏 分辯率：高，一般為 μm。為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設(shè)計(jì)時將兩個線圈反串相接 （如圖 所示） 、兩個次級線圈的電壓極性相反， LVDT 輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵心的位移量成線性關(guān)系。這樣不僅能反映鐵芯的移動方向，而且能使傳感器的零點(diǎn)電壓減少到最小。在一定范圍內(nèi)成 V 字形特性， 如圖 所示。 U 1U 2U 2 2U 2 1 圖 LVDT 示意圖 根據(jù)變壓器的工作原理，在次級線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢分別為： 111 1111 Ujw Lr jw MIjw ME ??? ????? () 111 2122 Ujw Lr jw MIjw ME ??? ????? () 式中， U1—— 初級線圈激勵電壓； M M2—— 初級線圈及次級線圈 N N2的互感； r1—— 初級線圈的有效電阻及電感； L1—— 初級線圈的電感。 初級線圈、次級線圈分布內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個可自由移動的桿狀銜鐵。 而頻率過低時，靈敏度會顯著降低。靈敏度與激勵電壓頻率的關(guān)系曲線如圖 所示，在 f 從零開始增加的起始段（ 0A）段， kE隨 f 的增加而增加；如果 f 再繼續(xù)增加，導(dǎo)致銅損、渦流損耗、 磁滯損耗明顯增加，則 kE或趨于定值（ AB 段），或下降（ BC 段）。 ABC kE 2 6 8 1 04 fl fHF ( k HZ) 圖 靈敏度與電源激勵頻 率的關(guān)系曲線 LVDT的激勵電源頻率在 20 HZ~10kHZ之內(nèi)，本次設(shè)計(jì)選擇的激勵頻率選擇 k HZ，因?yàn)?，在理想條件下 ，差動變壓器的靈敏度 kE正比于電源激勵頻率 f。 LVDT 傳感器的原理及特點(diǎn) LVDT 位移傳感器即直流差動變壓器式線性位移傳感器。電源部分供電穩(wěn)定，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供了保障。經(jīng)過 處理的 12V 電壓，變?yōu)榉€(wěn)定的 5V 電源，為 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)及顯示器件供電。所以，本次設(shè)計(jì)采用了一個電源處理電路，為設(shè)計(jì)中的各個重要模塊供電。此外，正在運(yùn)用和研究的測量微小位移的方法有很多：光指針微小位移測量法、基于小波變換的全光纖微位 移干涉測量法 、高精度電渦流測量法，低溫環(huán)境下超導(dǎo)體微位移測量 法 等， 都在微位移測量方面起到推進(jìn)作用。 這種方法只能短時測量 ， 不能長期連續(xù)觀測 。 精密大地測量的方法 。 可能的問題是 ： 將 RTK2NGK2500 用于微位移測量成本 很 高 (進(jìn)口價格為60 萬元 ,國產(chǎn)價格為 24 萬元 ) ， 大量使用 ， 花費(fèi)太大 (據(jù)專 家估計(jì)三峽水庫庫岸、庫區(qū)需1 000 多個監(jiān)測點(diǎn) ， 此外 ， 其他大型水庫 、 公路、鐵路邊坡、橋梁、大壩、摩天大樓等需要量也很大 )； 測繪系統(tǒng)布置復(fù)雜 , 在被測點(diǎn)設(shè)立分站 , 放 1 臺 RTK2NGK2500 分站設(shè)備或 在測 量 點(diǎn)設(shè)立基準(zhǔn)站 ， 放 1 臺 RTK2NGK2500 主站設(shè)備 。 中國南方測繪集團(tuán)引進(jìn)了法國這一技術(shù) , 生產(chǎn)RTK2NGK2500 設(shè)備 [ 324 ] 。 可能的問題是 ： 長期使用中一旦光纖傳感器壞在混凝土中 ， 很難修復(fù) ； 在已建成的建筑物或危巖等情況很難埋設(shè)光纖 ； 預(yù)埋光纖影響混凝土材料的連續(xù)性及應(yīng)力情況 。例如要測量橋的微位移 (微變形 )就須修橋時在混凝土中預(yù)埋光纖傳感器 ， 以便 通過檢測光纖傳感器參數(shù)的變化來測量橋的微位移 。 所以，進(jìn)行微位移測量，尤其重要。 橋梁、大壩、摩天大樓等大型建筑會發(fā)生 微變形 。 其總體結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 。 總 體設(shè)計(jì)方案 總體設(shè)計(jì)方案如下 ：整體設(shè)計(jì)分為四 個模塊，分別為 電源模塊、 信號采集模塊、信號處理模塊及人機(jī)接口模塊。 由于機(jī)電耦合效應(yīng)進(jìn)行的速度很快，來不及與外界熱交換，因此不存在發(fā)熱問題，同時沒有噪聲，適用于各種介質(zhì)環(huán)境工作，是一種理想的微位移器。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 、 體積很小 、 無機(jī)械摩擦 、 無間隙 、 具有很高的位移分辨率。此外 ， 這種機(jī)構(gòu)的位移階躍響應(yīng)存在瞬間的振蕩，靈敏度高時系統(tǒng)難于穩(wěn)定。 電磁鐵驅(qū)動的微位移機(jī)構(gòu)利用電磁