系统要求

• 测量范围：±6 mm

• 工作温度：-55°C 至 175°C

• 抗冲击能力：1000g

• 输出信号：LVDT型交流电压信号，灵敏度 35 mV/V/mm

• 激励频率：2.5 kHz

• 输出阻抗

• 非线性误差

问题描述

你被要求设计一个叶片间隙监测系统，使用 L1001-6 传感器，并回答以下问题：

信号调理电路设计

• 若激励电压为 3 Vrms，在最大位移 ±6 mm 时，输出电压范围是多少？

• 如何设计一个带相敏解调（phase-sensitive detection）的电路，以提取位移信号并抑制噪声？

1. 最大位移时的输出电压范围计算

1. 要计算输出电压范围，我们需要使用传感器最核心的参数：灵敏度。

2. 灵敏度： 35 mV/V/mm

3. 激励电压： 3 Vrms

4. 测量范围： ±6 mm

5. 计算步骤：

6. a. 首先，计算每毫米位移产生的输出电压：
   灵敏度是 35 mV/V/mm，意思是每施加1伏特（V）的激励电压，每毫米位移会产生35毫伏（mV）的输出电压。
   因此，在 3 Vrms 的激励下，灵敏度为：
   $35\text{mV/V/mm}\times 3\text{V}=105\text{mV/mm}$

7. b. 接着，计算在最大位移（±6 mm）时的输出电压：

8. 正向最大位移 (+6 mm)： $105\text{mV/mm}\times 6\text{mm}=630\text{mV}$

9. 负向最大位移 (-6 mm)： $105\text{mV/mm}\times (-6\text{mm})=-630\text{mV}$

10. c. 因此，输出电压范围是：
    $-630\text{mV}$ 到 $+630\text{mV}$ （均方根值，RMS）

11. 结论： 在±6mm的全量程范围内，L1001-6传感器在3 Vrms激励下，将产生±630 mVrms的输出电压。

12. 与技术文档的交叉验证： 文档中“Output at stroke ends”一项为 0.63 V，这与我们计算的 630 mV 完全吻合，证实了计算的正确性。

13. 2. 带相敏解调（PSD）的信号调理电路设计

14. LVDT（线性可变差动变压器）类型的传感器输出是一个调幅（AM）交流信号。其幅度代表位移大小，其相位（与激励信号同相或反相）代表位移方向。为了从这种交流信号中精确地提取出直流电压信号（其大小和极性对应位移），必须使用相敏解调器（PSD），也称为同步解调器。