线性可变差动变压器（LVDT）传感器是工业自动化、航空航天等领域实现高精度、非接触式位移测量的核心元件。其独特的工作原理赋予它卓越的可靠性、长寿命和抗干扰能力。
理解LVDT如何将物理位移转化为精准的电信号，对于正确选型和应用至关重要。
一、 LVDT的核心构造与电磁感应基础
LVDT的核心结构包含一个可移动的铁磁性磁芯和固定的线圈组件。线圈组件通常由一个初级线圈和两个次级线圈对称绕制而成。
* 初级线圈：位于中心位置，负责接收外部交流激励信号。
* 次级线圈：两个完全相同的次级线圈（S1和S2）反向串联，对称分布在初级线圈两侧。
* 磁芯：连接在被测物体上，可在线圈骨架内自由移动。
当交流电流流过初级线圈时，它会产生一个交变磁场。这个磁场耦合到两个次级线圈中，分别在S1和S2中感应出交流电压。这是电磁感应的基本原理在发挥作用。
二、 差动输出与位移的精妙对应
LVDT的精髓在于其差动输出特性。两个次级线圈的输出电压是反相连接的。
* 中心位置（零位）：当磁芯精确位于线圈组件的几何中心时，初级线圈与两个次级线圈的磁耦合程度完全相同。此时，S1和S2感应的电压幅值相等。由于它们是反向串联，最终输出电压相互抵消，差分输出为零。
* 磁芯位移：当磁芯沿轴线方向发生位移时，它与一个次级线圈的耦合增强，与另一个次级线圈的耦合则减弱。
* 电压差变化：耦合增强的次级线圈感应电压升高，耦合减弱的次级线圈感应电压降低。两个电压不再相等，其差值（S1电压 – S2电压）形成差分输出电压。
* 方向与幅值：差分输出电压的相位（相对于激励信号）指示了磁芯位移的方向（左或右）。输出电压的幅值则与磁芯离开中心零位的距离成正比。
这种关系在LVDT的有效测量范围内通常是高度线性的，确保了测量的准确性。
关键优势源于此设计
- 非接触式：磁芯与线圈无物理接触，消除了摩擦磨损，寿命极长。
- 无限分辨率：理论上，只要信号调理电路足够灵敏，分辨率仅受电子噪声限制。
- 环境适应性：通常具备良好的抗冲击、抗振动能力，能在较宽温度范围工作。
三、 信号调理：从交流电压到可用信号
LVDT输出的差分信号是交流电压（载波频率与激励源相同）。要得到直流电压或电流形式的位移信号，需要信号调理电路（通常集成在传感器内部或外置模块中）。
* 同步解调/相敏检波：这是核心处理环节。它利用与激励源同频率同相位的参考信号，检测出差分输出电压的幅值和相位信息。
* 滤波：滤除解调后信号中的高频噪声和激励频率残留成分，得到平滑的直流信号。
* 放大与调整：将解调滤波后的信号放大到标准输出范围（如±10V, 4-20mA），并进行零位和满量程校准。
最终输出的直流信号，其电压（或电流）的极性和大小直接对应磁芯位移的方向和距离。
四、 LVDT的典型应用场景
得益于其高精度、高可靠性和非接触特性，LVDT广泛应用于需要精确测量线性位移或位置反馈的场合。
* 工业自动化：精密机床的位置反馈、机器人关节控制、阀门开度监测。
* 航空航天：飞机舵面位置、起落架状态、发动机部件位移监控。
* 材料试验机：精确测量试样在拉伸、压缩、弯曲过程中的微小变形。
* 液压/气动系统：气缸/液压缸活塞杆位置检测。
* 振动测量：某些低频振动位移的测量。
总结
LVDT传感器通过独特的电磁感应和差动变压器设计，将铁磁磁芯的线性位移精确地转换为与之成正比的差分交流电压信号。再经由同步解调和信号调理电路，最终输出稳定、线性的位移信号。
其非接触式测量原理、理论无限分辨率、高可靠性及环境适应性，使其在众多高精度、高要求的位移测量场景中成为关键选择。理解其工作原理有助于充分发挥其性能优势。
