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LVDT位移传感器的构成、原理及输入输出特点

2026年02月24日 10:08:45 来源：云南昌晖仪表制造有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：7

线性可变差动变压器(Linear Variable Differential Transformer , LVDT)，是一种位移测量传感器，按工作原理分类，可归于电感互感型位移传感器。基本工作原理为电磁感应原理，具有输出电信号关于位移量呈线性变化的优良线性输出特性，且传感器内部实现位移到电信号转化的组件在测量过程中不发生摩擦接触，明显区别于滑变电阻式位移传感器，而具有更快的响应速度和更长的使用寿命。

通过调整线圈部分的结构尺寸、主级线圈激励电压的幅值和频率，主次级线圈的匝数比等工作参数，可以改变测量行程和灵敏度，其在工业设备运动部件位移测量、微动机构位移测量和振动检测等方面都有应用。

昌晖仪表在本文简要介绍LVDT位移传感器的基本构成，工作原理，以及输入输出特点，并试制原型样机对工作原理进行验证。

1、线性可变差动变压器基本构成
LVDT的基本结构如图1中所示，由一组主级线圈、二组次级线圈(图1中标注的次级线圈1、次级线圈2)、铁芯，线圈骨架等组件构成，其中主级线圈和次级线圈都被绕制在线圈骨架的绕组槽内，仅铁芯可以移动。

图1 LVDT基本构成-截面展示

铁芯可以固结在测量杆的尾端或直接由长杆铁芯充当测量杆，通过弹簧预压缩产生的弹力来维持测量杆与被测对象的紧密接触，铁芯在线圈骨架内部则尽可能以低摩擦状态移动。铁芯一般用高磁导率但不残留剩磁的软磁材料制成。

2、线性可变差动变压器工作原理
对主级线圈施加时变激励电压(以下假设激励电压波形为正弦波)，经过铁芯的耦合，主级线圈内时变激励电压所产生的时变电磁波将传递至两组次级线圈处，分别在两组次级线圈内感应出耦合了铁芯位置信息的感应电压波形。铁芯位置将影响耦合程度，并体现在感应电压波形的幅值上，即两组次级线圈电压波形的幅值蕴含有铁芯的位置信息。具体可以借助如下描述来理解：
假设两组次级线圈的匝数相等，当铁芯位于中位时，主级线圈与两组次级线圈之间的电磁耦合程度相等，则两组次级线圈的感应电压波形的幅值将相等；而当铁芯位于最左位或最右位时，相应位置处的次级线圈的感应电压波形将明显大于另一者。如图2中所示。

图2 铁芯在不同位置处的次级线圈感应电压

如此，由两组次级线圈内感应电压波形的幅值大小关系就能表征铁芯位置，以实现位移测量。

3、关于两组次级线圈绕制方向的一些思考
此处两组次级线圈的绕制方向相反，导致主级线圈在两组次级线圈内感应出的感应电压波形呈反相状态：次级线圈1与主级线圈的绕制方向相同，其感应电压波形与主级线圈激励电压波形同相；而次级线圈2与主级线圈的绕制方向相反，其感应电压波形与主级线圈激励电压波形反相。

由于铁芯位置信息只体现的感应电压波形的幅值上，两种绕制方式对于感应电压波形的幅值并无直接影响。但是反向绕制的两组次级线圈在接入后续信号处理电路前，一般会进行串联。对于串联的两组次级线圈，在受到外部干扰时，反向绕制的两组次级线圈由于感应电压呈反相，即在串联时可直接将各自受到的干扰进行抵消；而对于同向绕制的两组次级线圈由于感应电压呈同相，在串联时干扰不能相抵消，反而会让干扰叠加。

所以，对于绕制方向的选择，推荐采用反向绕制，具有抑制干扰的效果，并且这是在感应电压输入到后续信号处理电路前就具有一定干扰抑制效果，意味着能降低后续信号处理电路的设计及调试的工作量。

图3 两组次级线圈按反向绕制并串联

4、LVDT样机试制及感应电压测试

图4 LVDT样机-线圈部分

主级线圈、次级线圈1、次级线圈2，这三组线圈匝数都约为90匝，由于是手工绕制的，会存在偏差。

使用输出10kHz-200mVpp的正弦电压波形作为激励电压输入到主级线圈，同时输入至示波器的通道1(黄色波形)，并将次级线圈1的感应电压输入至示波器的通道2(淡蓝色波形)，次级线圈2的感应电压输入至示波器的通道3(紫色波形)。

借助测试平台，我们可以观察到如下现象：

①次级线圈1和次级线圈2的感应电压波形都与输入至主级线圈的激励电压波形相同，也是正弦波形；

②次级线圈1的感应电压波形与输入至主级线圈的激励电压波形呈同相，次级线圈2的感应电压波形与输入至主级线圈的激励电压波形呈反相。这与前文所描述的线圈绕制方向与波形相位关系相符合；

③推动铁芯，可在视频中观察到次级线圈1(淡蓝色波形)和次级线圈2(紫色波形)的感应电压波形的幅值发生变化，并且一者幅值增大同时另一者幅值减小。初步验证了前文所描述的，可由两组次级线圈感应电压波形的幅值大小关系来表征铁芯位移，此即为线性可变差动变压器的位移测量基本工作原理。

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