引言#

传感器是将物理量转化为电信号的设备。在许多传感器应用中，输出信号的非线性是一个常见特性，即传感器输出信号与物理量之间并不成线性关系。这种非线性会导致测量不准确，尤其是在使用线性可变差动变压器（LVDT）等位置传感器时。本文将探讨如何通过信号调制与解调方法解决LVDT位置传感器输出信号的非线性问题，特别是在汽车应用中的液压阀位置传感与超声波泊车辅助系统。

高频输出的传感器信号#

许多传感器，如LVDT位置传感器和超声波传感器，输出的电信号是高频信号。这些信号包含关于物理量的信息，并通常通过信号的幅度进行调制。在LVDT传感器中，主线圈通过一个5 kHz的高频信号进行激励，输出信号的幅度表示物理量的变化。在一些超声波传感器应用中（如超声波泊车辅助系统），信号频率甚至可能超过20 kHz。

信号解调方法#

为了从高频传感器信号中提取物理量信息，通常需要对信号进行解调。解调方法有两种：异步解调和同步解调。异步解调是从信号中提取幅度信息的方法。数字异步幅度解调技术（如峰值法和平均法）被广泛应用。

1. 峰值法：在每个频率周期中提取传感器输出信号的峰值。对于已知频率的正弦波信号，峰值代表该周期的幅度。

2. 平均法：通过整流和低通滤波器处理信号来提取幅度。首先对信号进行全波整流，然后使用低通滤波器提取信号的幅度。

非线性影响#

在理想的线性系统中，输出与输入成正比。但在非线性系统中，输出可能会包含输入的高阶项。LVDT传感器的非线性可能源自以下几个方面：

• 驱动信号失真：如果载波信号本身包含高阶谐波，则会引起信号失真。
• 非线性信号链：系统中的某些组件可能会对信号产生非线性影响。
• 非线性传感器输出：传感器的输出可能因物理量的测量方式而表现出非线性。

处理非线性的方法#

• 失真驱动信号：通过带通滤波器将带有高阶谐波的失真驱动信号过滤掉，中心频率设定为载波频率，可以有效减少0 Hz和2ωC的频率分量。
• 非线性信号链：二次非线性会导致信号中出现额外的频率成分。采用带通滤波器，可以去除2ωC及其高阶谐波分量，从而恢复纯粹的信号。

结论#

LVDT位置传感器输出的非线性问题可以通过带通滤波器来有效解决。带通滤波器能够去除由失真信号或非线性信号链引起的高阶频率成分，从而获得更精确的传感器输出信号。Texas Instruments的PGA450-Q1信号调理器已集成带通滤波器，并采用数字异步幅度解调技术，广泛应用于汽车超声波泊车辅助系统。