LVDT位移传感器输出的原始交流差分信号,本质是一种交流载波调制信号,以正弦波的形态(其幅值和相位随位移变化),不能直接使用,需要专用电路(解调器)解码,从而得到4-20mA或0-10V的标准模拟量信号。
具备模拟量输入模块的PLC、DCS、显示仪表,可以直接采样这个直流电压/电流,通过A/D转换器将其变为数字量进行读取。
一旦信号变为数字量,一个充满无限可能性的控制舞台就打开了。A/D转换(模拟到数字转换)是连接物理世界与数字控制世界的桥梁,进行A/D转换后,即可实现:“感知-决策-执行”的一系列控制和应用。
对于如何“感知”物理量这一首要步骤,是选用位移数据采集仪还是显示仪表,下面将从作用、区别以及连接位移传感器的不同方面为进行详细解析:
一、两种仪器分别的作用是什么?
显示仪表
主要作用:实时监测与显示。它的核心功能是将位移传感器传来的信号(如电压、电流、电阻)实时转换为直观的位移数值(如毫米、英寸),并显示在屏幕上。
次要作用:通常具备基本的报警功能(设置上下限,超限时声光报警)、模拟量输出(4-20mA或0-10V,用于连接PLC或其他系统)和简单的通信接口(如RS485)。
设计目标:追求高可靠性、易读性、操作简便,常用于需要人工监控的场合。
数据采集仪
主要作用:数据记录与分析。它的核心功能是高速、同步、多通道地采集并存储来自多个传感器的信号,将其转换为数字数据,并保存在内部存储器或传输到电脑。
次要作用:虽然也有显示功能(可能比较简单),但其重点是后台的数据处理,如波形显示、频谱分析、趋势分析、生成报告、历史数据查询等。
设计目标:追求高精度、高采样率、大数据量处理、强大的软件分析能力,用于后期分析和故障诊断。
二、连接位移传感器的不同点
1. 信号处理的深度不同:
- 连接显示仪表:传感器信号进入仪表后,经过标定(将电压/电流值按比例换算成位移值),然后就直接显示出来。过程是 “信号 -> 显示” ,是一条短、平、快的路径。
- 连接数据采集仪:传感器信号被高速模数转换(ADC) 为数字信号后,首先被完整地、按时间序列记录下来。显示只是其众多功能中的一个可选动作。过程是 “信号 -> 采集记录 -> (显示/分析/存储/传输)” ,是一个以数据为中心的闭环。
2. 系统集成的复杂度不同:
- 显示仪表:通常是独立单元或简单集成到控制柜。一个传感器接一台仪表,接线和配置简单。
- 数据采集仪:常作为数据采集系统(DAQ系统) 的核心。它可以同时接入多个、多种传感器(如位移、振动、温度、力),并保证它们的时间同步性。系统通常需要连接电脑,并通过专用软件进行配置和管理,复杂度更高。
3. 最终目的不同:
- 用显示仪表连接:目的是 “看得见,控得住”。
例1:在液压缸控制中,操作员需要实时看到活塞杆伸出了多少mm,并在到达设定位置时自动停止。
-用数据采集仪连接:目的是 “测得准,记得全,分析得透”。
例2:在汽车悬架测试中,需要同步采集四个车轮处多个位移传感器的数据,记录车辆过坎时整个过程的位移变化曲线,后期分析其振动频率、幅值,以评估舒适性。
总结与选择建议
选择显示仪表,如果:您只需要在生产线、设备上实时查看位移值,或进行简单的报警和联动控制,追求稳定、可靠、低成本。
选择数据采集仪,如果:您需要进行产品研发、性能测试、科学实验、故障诊断,需要记录位移随时间变化的完整过程,或者需要将位移数据与其他物理量(如压力、振动)进行同步关联分析。
在实际应用中,两者有时也会结合使用:例如用数据采集仪进行前期测试和分析,确定工艺参数后,在最终的生产线上安装更经济可靠的显示仪表进行日常监控。
预告:
连接LVDT位移传感器到数据采集仪(DAQ)时,为了获得精确、稳定的测量数据,要比连接普通的电压输出传感器要复杂一些。下一篇再讲一讲从传感器到最终数据的完整连接与配置流程。