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上一篇从作用、区别以及连接位移传感器的不同三个方面，将位移数据采集仪和显示仪表，进行了对比和详细解析。

连接LVDT位移传感器到数据采集仪（DAQ）时，比连接普通的电压输出传感器要复杂一些。为了获得精确、稳定的测量数据，需要注意以下几个关键环节。

下图清晰展示了从传感器到最终数据的完整连接与配置流程，您可以将其作为操作的总览和检查清单：

关键环节.1

供电与接线 —— LVDT的核心需求

LVDT需要交流激励信号才能工作，这是最需要注意的一点。

1. 确认采集仪是否支持LVDT直接输入：

- 理想情况：您的数据采集仪具备 “LVDT/ RVDT输入模块” 或通用模拟输入模块支持交流激励输出。这类模块会直接提供LVDT所需的初级励磁信号（例如 3V RMS, 2.5kHz 正弦波），并接收其次级线圈的差分输出进行解调。

- 常见情况：如果采集仪只有普通的直流电压采集模块（如±10V输入），则必须使用外部的“LVDT信号调理器”或“LVDT变送器”。

2. 供电/激励匹配：

- 频率与电压：必须按照LVDT传感器规格书的要求，设置采集仪模块或外部调理器的激励频率（Excitation Frequency）和激励电压（Excitation Voltage）。不匹配会导致灵敏度错误、线性度变差甚至无输出。

- 接线：LVDT通常有4线或6线。

初级线圈（Primary）：两根线，连接激励源。

次级线圈（Secondary）：两个次级线圈（S1, S2），通常是差分输出，必须对应连接到采集仪或调理器的差分输入正负端。

3. 使用外部调理器（若需要）：

- 此时连接链为：LVDT → LVDT信号调理器 → 数据采集仪。

- 调理器将交流激励供给LVDT，并将其输出的交流差分信号解调、滤波、放大，转换成采集仪可以识别的标准直流电压信号（如0-5V, ±10V）或电流信号（4-20mA）。

- 这时，采集仪就相当于在读取一个普通的模拟电压传感器，接线相对简单，但需确保量程匹配。

关键环节. 2

量程与信号调理配置

1. 输入量程匹配：

- 在采集仪的驱动软件中，为连接LVDT的通道设置正确的输入量程（例如 ±5V 或 ±10V）。这个量程应该略大于传感器在最大位移时对应的输出电压。

- 如果量程设置过小，会导致信号饱和（削顶）；设置过大，则会降低有效分辨率。

2. 传感器灵敏度（Scaling）设置：

- 这是将采集到的电压值转换为工程单位（毫米、英寸） 的关键步骤。

- 您需要知道传感器的灵敏度，单位通常是 mV/V/mm 或 V/V/in。例如，一个灵敏度为 100 mV/V/mm，在5V激励下的传感器，其满量程输出为 ±0.1 * 5 = ±0.5V/mm。

- 在采集软件中，根据这个关系设置比例因子（Scale Factor）。强烈建议使用传感器出厂校准报告中的精确值。

3. 滤波设置：

- LVDT输出经过解调后仍可能含有高频噪声。

- 硬件滤波：如果采集模块有可配置的低通滤波器，可以根据信号频率合理设置截止频率，以抑制高频噪声。

- 软件滤波：在软件中可以使用移动平均等数字滤波器，但要注意这会产生相位延迟，可能影响实时性。

关键环节.3

校准与软件设置

1. 执行硬件/软件归零（Zeroing）：

将LVDT的测头置于一个已知的机械零点位置（例如，使用精密千分尺或量块），然后在采集软件中对该通道执行 “置零” 操作。这可以消除传感器的零位残余电压和系统的偏移误差。

2. 满量程校准（可选但推荐）：

在量程的另一端（或几个已知位移点）进行校准。在软件中输入实际位移值，软件会自动计算出更精确的标度系数。这能消除非线性误差。

3. 接线端子和通道映射检查：

在软件中仔细核对物理接线端子号与软件中通道号的对应关系，避免张冠李戴。

关键环节.4

安装、集成与测试

1. 机械安装：

- 确保LVDT传感器和被测物牢固、同轴安装，避免任何侧向力或扭力，这些都会影响测量精度和传感器寿命。

- 留出足够的运动余量，防止超程损坏传感器。

2. 电气干扰防护：

屏蔽线缆：必须使用双层屏蔽电缆连接LVDT和采集仪/调理器。内屏蔽层（信号屏蔽）在信号接收端（采集仪端）单点接地，外屏蔽层（电缆总屏蔽）可作为机壳地。

远离干扰源：让信号线远离交流电源线、电机驱动器、变频器等强电磁干扰源。

良好接地：确保整个测试系统（传感器、调理器、采集仪、被测设备）有统一、良好的接地，避免地环路。

3. 上电测试与验证：

先上电，不要移动传感器，观察零点读数是否稳定。记录短时间内的噪声水平。

然后缓慢、平稳地移动传感器，观察软件中显示的位移值是否线性变化，并与高精度的机械指示（如千分尺）进行对比验证。

总结清单

在连接前，请准备好以下信息并逐一核对：

1. LVDT传感器规格书（尤其是激励电压/频率、灵敏度、量程）。

2. 数据采集仪手册（确认模块类型、接线方式、是否支持LVDT、软件配置方法）

3. 正确的线缆和接头（高质量屏蔽线缆）。

4. 一个已知的、可重复的机械位移基准（用于校准）。

5. 一个良好的接地和低噪声的测试环境。

遵循以上步骤，可以最大程度地确保LVDT位移传感器与数据采集仪协同工作，获得高精度的动态或静态位移数据。

在这个连接链中，软件配置是必不可少的一环，它决定了您能否得到正确、有意义的测量数据。

下图清晰地展示了该连接链下，硬件与软件是如何协同工作的：

虽然信号调理器完成了物理信号的转换，但采集软件需要“理解”这个信号所代表的意义。以下是您必须在采集软件中进行的具体配置：

必须进行的软件配置项目

1. 通道与量程配置

• 选择物理通道：指定您的调理器输出线缆连接到了采集仪的哪个物理端子（如 ai0）。

• 设置测量类型：选择电压（如果调理器输出是±10V）或 电流（4-20mA）。

• 匹配输入量程：这是关键！ 必须设置与调理器输出范围完全一致的量程。

例如，如果调理器输出为 ±5V DC 对应传感器的满量程位移，那么采集通道的量程就必须设置为 ±5V。

设置错误后果：量程设置过大（如±10V），分辨率会浪费，精度降低；量程设置过小（如±2V），会导致信号超量程，数据被削顶，无法正确测量。

2. 工程单位换算（比例缩放）

这是将电压值转换为位移值（mm/in）的核心步骤。

• 计算方法：您需要知道 “每伏特电压代表多少位移”。

公式：比例系数 = 传感器满量程位移 / 调理器对应输出电压

举例：一个量程为 ±25mm 的 LVDT，其调理器输出为 ±5V。那么比例系数就是 25mm / 5V = 5 mm/V。这意味着电压变化1V，代表位移变化 5mm。

• 软件设置：在采集软件的通道设置中，找到缩放(Scaling) 或单位转换(Unit Conversion) 选项，选择线性缩放(Linear Scale)，并输入：

- 斜率(Slope)：即上面计算的 5（单位：mm/V）

- 偏移(Offset)：通常为0。如果在零点时电压不为0，则需要通过校准确定偏移量。

• 更优做法：使用传感器/调理器组合的出厂校准报告中的数据，进行两点（零点和满点）校准，软件会自动计算更精确的斜率和偏移，这能有效补偿系统误差。

3. 滤波与采样设置

• 低通滤波：根据被测位移的最高变化频率，设置合适的软件低通滤波器截止频率。这可以抑制高频电气噪声，使曲线更平滑。

• 采样率：根据 “奈奎斯特采样定理”，采样率至少应为信号最高频率的2倍。对于位移测量，通常不需要极高采样率，但需保证能捕捉到您关心的动态变化。例如，测量振动可能需要几百Hz到几kHz，而缓慢的变形测量10Hz可能就足够了。

4. 触发与存储设置

• 触发：如果需要捕捉某个特定事件（如冲击、开始加载），可以设置软件触发条件（如位移超过某一阈值时开始记录）。

• 存储：配置数据存储格式（如TDMS, CSV）、存储路径和文件命名规则。对于长时间记录，要确保硬盘空间充足。

最佳实践与建议

1. 先硬件，后软件：确保所有硬件（LVDT、调理器、采集仪）正确连接并上电后，再进行软件配置。

2. 查阅手册：同时打开LVDT调理器手册和数据采集仪及软件手册，对照着进行配置。

3. 校准：如果条件允许，使用已知精度的位移台（如千分尺）对系统进行现场校准。在零点和一个满量程点（或已知点）采样，在软件中输入实际位移值，让软件自动计算比例系数，这是最准确的方法。

4. 测试验证：配置完成后，手动移动LVDT测头，观察软件显示的位移值是否与目视或机械尺的读数一致。

总结：

在LVDT → LVDT信号调理器 → 数据采集仪链路中，软件配置是赋予硬件系统“灵魂”和“智慧”的关键步骤，绝对不能省略。它的核心任务就是建立电信号与现实物理世界位移量之间的精确数学关系。