... ну то есть не совсем "на коленке", некоторые производственные возможности есть
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
http://www.zetms.ru/support/exploitation/vibro/dat_lvdt.php
габариты не должны превышать 15*120мм, рабочий ход 20-25мм.
вопросы:
1.параметры входного напряжения (по ссылке 3В, 3кГц) чем определяются?
2.материал внешней магнитной оболочки, ее толщина и должна ли она быть отдельной для каждой обмотки?
3.материал сердечника (ядра) и нужно ли в нем отверстие, как на рисунке?
4.расчет числа витков и количества слоев?
5.конструктивные особенности для обеспечения линейности?
6.расстояние между обмотками и толщина каркаса (вероятно правильнее говорить о геометрической пропорции по отношению к диаметру ядра)?

Все это нужно считать. Абсолютного идеала по всем параметрам не бывает. А бывает компромисс. Его и нужно искать.
А почему купить не хотите? Их же полно разных.

например?
сейчас в конструкцию заложен резистивный датчик:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
цена в Москве почти 400$, но и это бы ладно, да только Honeywell их делает чуть ли не под заказ и ждать пришлось 4 с лишним месяца. если подскажете, где в Москве можно купить что-нибудь для измерения линейных перемещений за 100$, так, чтобы поехал и купил, - буду благодарен. абсолютный идеал не нужен, точность и нелинейность устроит до 0,5%.
мне кажется, что в данном случае не столько расчеты нужны, сколько эксперименты, поэтому в первую очередь интересуют геометрические параметры сердечника, обмоток, каркаса и т.д., и материалы, из которых их делают. токарь мне точит сейчас каркас, буду пробовать... тем более, что интересно

Вот как раз только расчет даст возможность увеличить линейный диапазон за счет увеличения сечения периферийных частей обмотки.
А оптические датчики, а емкостные не подойдут? Последний легче сделать самостоятельно.

Думаю, отверситие нужно, чтобы цилиндр не превратился в поршень. В статье по вашей ссылке написано, что датчик может быть заключен в герметичную капсулу. Если капсула негерметична, то и отверстие не нужно.

Да, а штука интересная. Спасибо ...

Обычно делают прорезь вдоль стержня для уменьшения потерь.

Прорезь-да. Но там именно отверстие ...

что-то не очень мне понятно, как можно расчитать геометрию силовых линий на краях, а именно от нее (как мне кажется) будет зависеть линейность в крайних точках рабочего хода.
оптические датчики наверное относительные? нужен абсолютный.
емкостные наверное требуют контакта с подвижной частью? не хотелось бы.


да, вероятно

Возможно, вам будет полезна вот эта книжечка:

http://electrolib.com/mihlin

Но я еще поищу. Самому интересно

скачал, пригодится. спасибо

имеет ли смысл применение ферритов и в частности вот такой штуки в качестве внешних магнитных оболочек обмоток?:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Представьте конденсатор, в который засовывают металлическую пластину....
Про оптические... думаю, что бывают абсолютные.

Полпроцента при рабочем ходе 20, это десятая миллиметра. Калибровать будете под микроскопом? И во всём рабочем диапазоне температур?
На коленке, говорите?

Делали мы сами. Линейность паршивая получается, не зря пром. датчики так дорого стоят.
Решили проблему калибровкой каждого датчика, по оптическому энкодеру, таблица коэффициентов хранится во флеше устройства. Недостаток - у каждаго прибора свой LVDT.

Калибровать не очень-то и сложно. Намного сложнее с температурным дрейфом. Поэтому датчики стоят не копейки.

есть такая штука, штангенциркуль называется, десятка ловится без микроскопа, даже без очков


я так понимаю, что максимальная нелинейность на краях диапазона? были ли какие-то конструктивные ухищрения для большей линеаризации?

А Вам их сколько нужно?

единицы - пара десятков штук в год, точнее никто не знает. опытный прибор сделан с резистивным датчиком, испытания еще не проведены, регулярных заказов пока нет


температурный диапазон 0-50. я что-то не представляю, что может сильно дрейфовать в этой конструкции в этом диапазоне

Десятка-то ловится, но для калибровки до десятки нужен инструмент более высокого класса. Например, микрометр.

датчик устанавливается в каверномере, это такой измеритель диаметра необсаженной скважины, перемещение датчику сообщается от рычажного механизма (соотношение плечей рычага примерно 1:10). при калибровке одеваются калибровочные кольца именно на длинные плечи

Например, магнитная проницаемость ферромагнентиков и, соответственно, распределение поля.

Проницаемость сердечника...

т.е. Вы отвечаете на один из вопросов в начале темы: нужно использовать ферриты для сердечника и внешней оболочки?


вот первая же попавшаяся картинка:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
как видно, в интересующем температурном диапазоне магнитная проницаемость некоторых марок феррита в общем-то постоянна

Но она же меняется... Только в одной точке - в середине не будет влияния. Есть специальные сплавы для этих штучек.
В т.ч. ферриты. Но какие, - не скажу... Не знаю.

извиняюсь, я имел ввиду постоянна... исправил
интересно, а как у сталей, в частности трансформаторной? там вроде точка Кюри находится намного дальше, может и проницаемость намного более постоянна в интересующем температурном диапазоне? не могу ничего найти в инете

А я тоже извинюсь - после небольших раздумий кажется, что эффект слабее, чем подумалось сразу... Можно компенсировать, наверное...
Но ведь они (датчики) все-таки не копейки стоят, хотя серийно делаются... А Вы хотите на коленке и дешево?

может быть причина высокой стоимости не в том, что они такие уж хитрые, а в том, что серийность низкая.
с одной стороны, я бы и не заморачивался, если бы этот резистивный датчик, который сейчас установлен, лежал в ближайшем магазине, но неприятно то, что его ждать долго. ну а с другой стороны просто хочется попробовать сделать свой. не получится - ну и ладно

Я несколько лет назад намотал 2 обмотки на статоре и одну на подвижной части. Эксперимент провел только с возбуждением статорных обмоток двумя синусоидами, сдвинутыми на 90 градусов. Как и ожидалось, на выходной катушке можно было наблюдать изменение фазы при перемещении катушки. Кроме температурного расширения меди там больше ничего не зависит от температуры. Но тут как бы все механические части будут менять геометрию
Имхо, погрешность измерения будет иметь большую зависимость от всяких механических перекосов и смещений от оси при перемещении измерительной катушки. Ну и плюс всякие электрические и магнитные наводки ес-сно.

я планировал не ловить смену фаз (это лишние заморочки), а соединить обмотку возбуждения и обе дифференциальные обмотки последовательно, тогда фаза будет постоянной, а амплитуда будет меняться (грубо говоря, т.к. есть рассеяние) от 0 до 2Uвх. т.е. дальше просто измерение действующего значения.
вот температурное расширение материалов вряд ли окажет какое-то влияние в целом на геометрию

Я исходил из того, что мне проще сгенерировать 2 синусоиды, а выходной сигнал будет иметь постоянную (по идее, более или менее) амплитуду. Не люблю измерять амплитуды, близкие к 0. Ну и фазу измерять легче, чем амплитуду. Я предполагал в первом варианте генерировать 2 синусоиды микроконтроллером и измерять фазу им же. Во втором варианте генерировать 2 синусоиды внешним генератором, а микроконтроллером измерять 3 синусоиды и делать расчет положения. Ну и фазу можно измерять в простейшем случае компаратором (вроде бы в аонах таким образом умудрялись дтмф детектировать). Более продвинутый вариант - "умножать, усреднять, вычислять" должен давать высокую устойчивость к внешним помехам.


Именно поэтому я и не стал применять магнитопроводящие материалы. Изменяя геометрию катушек (в сторону увеличения соотношения длины к диаметру), увеличивая величину тока возбуждения можно по идее получить сигнал с измерительной катушки, достаточный для определения положения с разумной точностью. Метод грубой силы. Ну и качество изготовления катушек тоже будет играть свою роль. Я для эксперимента мотал в 2 ряда с натяжением провода с пропиткой каким то лаком и т.д.

Вот несколько практических советов.
Если нужна линейность датчика 0.5% - 1% то можно браться за изготовление почти на коленках. Линейный участок (1%) приблизительно составляет 0,4 от полного хода штока. Сердечник в первом приближении можно из стали 3 сделать (можно гвоздь попробовать). Витков намотать тысячи 3-4, чем тоньше проволока тем лучше. Схему измерения посмотреть от AD698, оцифровать 12 бит, температурную поправку сделать (в некотором диапазоне частот генераторной катушки это просто коррекция нуля). Если добавить программную линеаризацию, как предлагали выше, будете иметь линейность не хуже 0.5%.

линейный участок (1%) - 0,4 - это очень мало, при рабочем ходе 25мм длина датчика получится большой (больше 150мм). я почему и спрашивал о конструктивных нюансах, может быть можно как-то скорректировать магнитное поле на краях и линеаризовать датчик.
насчет внешней оболочки... т.к. у меня вокруг датчика подвижные стальные части, то нужно как-то замкнуть силовые линии внутри датчика, чтобы исключить их влияние. чем? полуцилиндры из феррита? какой-то экран из обмоточного провода с поперечным расположением проводников по отношению к виткам? пока непонятно .

в качестве ad698 пока будет генератор Г3-112 и тестер
в любом случае, спасибо за совет!

Скажу сразу, лично я этим не занимался, занимался мой коллега, я немного интересовался что да как. Мне известно что наиболее линейный участок был в центре, сейчас в цифрах точно не скажу, но если нужно, достану файл с данными АЦП (при калибровке).

С технологией намотки не разбирались, (не было информации как надо) поэтому, мотали "внавал", все нелинейности убирает калибровка "по эталону". 


Датчик использовали двух обмоточный, обслуживает его AD698, схема включения в даташите.

Это плохой способ. Вычитать нужно - соответствующим включением обмоток. И синхронный детектор.


Вот бессердечные катушки применяют для ловли гравитационных волн. Где-то ссылка потерялась.


Можно увеличить линейность путем увеличения толщины на краях, только считать нужно численно - от геометрии будет зависеть. Длина стержня, его диаметр, размеры катушек. Поле можно замкнуть наружной цилиндрической оболочкой.

так напряжения дифференциальных обмоток и будут вычитаться. и плюс складываться со входным, тогда фаза не меняется, а меняется значение напряжения (амплитудное, действующее... любое)
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
здесь L1 - обмотка возбуждения (расположена конструктивно посередине)


только ее надо наверное разрезать вдоль, иначе КЗ-виток будет

Может, и разрезать...
А про обмотки непонятно. То, что я предполагала, должно давать ноль в середине и (после синхронного детектора) разнополярные сигналы при смещении в разные стороны.

Наверное, увеличив линейную плотность витков на краях.
Но если геометрия поля стабильна, то линеаризовать датчик можно и в цифре, намотав катушки однородно. Если же она нестабильна, то линеаризация изменением плотности витков к краям всё равно не поможет.

Для одной пары приемных катушек, 0.4 это близко к теоретическому пределу линейности. Где то встречалась информация, что в особо точных датчиках применяют способ с несколькими приемными катушками, распределенными вдоль стержня, тогда сердечник не выходя из одной пары попадает в другую, а электроника как-то это все должна комутировать и обсчитывать.
Внешний экран лучше всего сделать из пермаллоя, разумеется с разрезом.

Как можно увеличить линейную плотность? Никак. Обычно делают так - мотается по всей длине, потом приклеивается еще один каркасик - вкладка в среднюю часть. Или в этой вкладке мотают катушку возбуждения...
Когда-то давно... считала такое. Почти. Нужно было однородное поле максимально длинное в соленоиде. Получилось.
Но там было наоборот - во вкладыше была приемная катушка.

Ну например, каркасик выточить нециллиндрическим. И намотать тонким проводом до одного диаметра снаружи.
А куда вкладку вклеивают? Из чего вкладку?

Разрезная такая катушечка. Клеится поверх обмотки.

А может попытаться "хакнуть" "цифровой" штангенциркуль? Его недавно на форуме обсуждали, подобная конструкция.

и про штангенциркуль думал, и мышь разобрал... относительные они



есть одна мысль, буду проверять

первые результаты
это датчик и "измерительный стенд":
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
обмотки намотаны в один слой, число витков - по 140, провод 0,11мм. сердечник - сталь 3, экраны - полуцилиндры сталь 3.
это схема:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
на входе синус 3кГц амплитудой 5В. резистором настраивается нулевое напряжение на выходе в одном из крайних положений штока. в другом положении напряжение составляет 1,3В.
градуировочная характеристика (в милливольтах):
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
нелинейность в полном рабочем диапазоне - в пределах 1,5%. снизить нелинейность можно, подмотав на краях дифференциальных обмоток некоторое количество витков, а также увеличив длину датчика

Вот так вот просто - с одним диодом?

пока да
в рабочем варианте будет выпрямитель на ОУ

Поздравляю ! Молодец ! Вопросик: по горизонтали - перемещение в мм., а по вертикали - ЭДС в милливольтах ? И что такое "Сталь 3" ?

Уж лучше синхронный выпрямитель...
Вас еще ждут температурные исследования...
Удачи.

по горизонтали - перемещение с шагом 2мм, по вертикали - выпрямленное напряжение в милливольтах, сталь 3 - обычная сталь

да, была еще одна настройка: чтобы не ловить фазу, частота генератора настраивается на "частоту датчика", т.е. ту частоту, при которой фаза выходного сигнала не меняется и равна фазе входного. в моем случае она составила 3кГц.

Понял, спасибо ...

спасибо!
я тут подумал, что если синус аппроксимировать ШИМом контроллера, а при смене скважности оцифровывать входной сигнал, то и получится синхронное выпрямление, тогда в общем-то и настройка частотная не нужна