LVDT选型指南
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线性可变差动变压器（Linear Variable Differential Transformer，简称 LVDT），也称为线性可变位移变压器、线性位移差动变换器，或简称差动变压器，是一种用于测量线性位移（沿特定方向的位置变化）的电磁式变压器结构器件。LVDT 是 LVDT 型位移传感器的核心工作原理与基础结构。用于测量角位移的对应器件称为旋转可变差动变压器（RVDT）。
LVDT 剖面示意图。在 A 处的初级线圈中施加驱动电流，由此在 B 处的次级线圈中通过电磁感应产生感应电流（或感应电压信号）
LVDT 属于高可靠性的绝对式线性位移/位置传感器。其结构本质上无摩擦、无机械接触，在合理使用条件下几乎具有无限的工作寿命。由于交流激励型 LVDT 本体不包含任何有源电子器件，因此可被设计用于极低温或高达约 1200 °F（约 650 °C）的高温环境，并能在强振动、强冲击及恶劣工况下稳定工作。LVDT 已被广泛应用于电力与燃气轮机、液压系统、工业自动化、航空航天器、卫星、核反应堆等高可靠性和高安全等级的场合。该类传感器通常具有极低的迟滞误差和优异的重复性。
LVDT 的基本功能是：将相对于机械参考点（零位或空心位置）的线性位移，转换为一个与位移成比例的电信号。该电信号同时包含幅值信息（对应位移大小）和相位信息（对应位移方向）。LVDT 的工作过程不需要运动部件（推杆或磁芯组件）与线圈组件之间的任何电气或机械接触，完全依赖于电磁耦合实现信号转换。
结构与工作原理
典型的 LVDT 由三个沿轴向排列的螺线管线圈构成，并套装在同一非磁性管体上：
中间线圈为初级线圈（Primary）；
两端线圈为两个次级线圈（Secondary，上、下或前、后）。
一个与被测物体刚性连接的圆柱形铁磁磁芯沿管体轴向滑动。一次线圈由交流电源激励，在两个二次线圈中感应出电压，其幅值与磁芯在各二次线圈中的耦合长度成正比。激励频率通常位于 1–10 kHz 范围内。
随着磁芯位置的变化，一次线圈与两个二次线圈之间的磁耦合程度发生变化，从而导致两个二次线圈的感应电压发生反向变化。两个二次线圈通常采用反向串联方式连接，使输出电压等于两个二次电压之差（即“差动”输出）。
当磁芯位于几何中心位置、与两个二次线圈等距时，理论上两个二次线圈中感应的电压幅值相等、极性相反，输出电压应为零。但在实际系统中，由于绕制工艺、磁路不完全对称等因素，中心位置仍会产生一个很小的残余输出电压。
正交误差与信号解调
该残余电压通常源于相位偏移，称为正交误差（Quadrature Error）。在闭环控制系统中，该误差可能引起零位附近的振荡，在高精度测量场合也往往是不可接受的。正交误差通常与采用交流差动直接解调的方式有关。
在现代 LVDT 测控系统（尤其是安全相关系统）中，通常需要对 LVDT 进行在线故障检测。常见做法是：
对两个次级线圈的信号分别进行同步解调（半波或全波精密整流，通常基于运算放大器实现）；
再对解调后的直流信号进行差分运算，得到位移输出。
在恒定激励电压条件下，两个次级线圈电压之和在整个量程内基本保持恒定，仅在一个很小的范围内波动。因此可以对该“和电压”进行监测：一旦 LVDT 内部出现开路、短路或磁路异常，和电压将明显偏离正常窗口，从而迅速触发故障指示。该方案可有效消除正交误差，并确保输出信号在零位处平滑过零。
数字化处理与比率测量
当系统中具备微处理器或 FPGA等数字处理能力时，故障检测通常由数字系统完成。同时，为提高测量精度，常采用比率测量方法，即：
用两个次级线圈电压之差，除以两个次级线圈电压之和，从而使测量结果对激励信号幅值变化不敏感。
在数字处理能力充足的情况下，系统还可以通过 DAC 产生正弦激励信号，并通过多路复用 ADC完成二次信号的数字解调，这在现代高集成度测控系统中已十分常见。
位移方向与线性特性
当磁芯向某一方向（例如上方）移动时，对应的次级线圈电压增大，另一侧减小，差动输出电压从零开始增加，并且输出信号与初级激励信号同相。当磁芯向相反方向移动时，输出电压同样增大，但相位与初级激励信号相反。
因此，输出信号的相位用于判别位移方向；输出信号的幅值用于表征位移大小。通过同步检波器，可获得一个带符号的直流输出电压，直接对应位移量。LVDT 采用细长线圈结构设计，使其在较大行程范围内（从数英寸到数百毫米）仍能保持高度线性的输出特性。
作为绝对式位置传感器的优势，LVDT 是一种真正的绝对式位置传感器。即使系统断电，再次上电后仍能直接输出当前位置，不存在位置丢失问题。其最突出的优势在于：
优异的重复性与再现性；
除轴向线性运动外，磁芯的旋转或微小偏摆不会影响测量结果。
由于磁芯在管内运动时不与管壁接触，几乎不存在摩擦磨损，使 LVDT 具有极高的长期可靠性。同时，无滑动或旋转电接触结构使得 LVDT 可被完全密封，适用于严苛环境。
典型应用
LVDT 广泛用于：
伺服控制系统中的位置反馈；
机床自动测量与闭环控制；
以及众多工业与科学测量场合，是高可靠、高精度线性位移测量的经典方案。
LVDT 剖面示意图。在 A 处的初级线圈中施加驱动电流，由此在 B 处的次级线圈中通过电磁感应产生感应电流（或感应电压信号）
LVDT 属于高可靠性的绝对式线性位移/位置传感器。其结构本质上无摩擦、无机械接触，在合理使用条件下几乎具有无限的工作寿命。由于交流激励型 LVDT 本体不包含任何有源电子器件，因此可被设计用于极低温或高达约 1200 °F（约 650 °C）的高温环境，并能在强振动、强冲击及恶劣工况下稳定工作。LVDT 已被广泛应用于电力与燃气轮机、液压系统、工业自动化、航空航天器、卫星、核反应堆等高可靠性和高安全等级的场合。该类传感器通常具有极低的迟滞误差和优异的重复性。
LVDT 的基本功能是：将相对于机械参考点（零位或空心位置）的线性位移，转换为一个与位移成比例的电信号。该电信号同时包含幅值信息（对应位移大小）和相位信息（对应位移方向）。LVDT 的工作过程不需要运动部件（推杆或磁芯组件）与线圈组件之间的任何电气或机械接触，完全依赖于电磁耦合实现信号转换。
结构与工作原理
典型的 LVDT 由三个沿轴向排列的螺线管线圈构成，并套装在同一非磁性管体上：
中间线圈为初级线圈（Primary）；
两端线圈为两个次级线圈（Secondary，上、下或前、后）。
一个与被测物体刚性连接的圆柱形铁磁磁芯沿管体轴向滑动。一次线圈由交流电源激励，在两个二次线圈中感应出电压，其幅值与磁芯在各二次线圈中的耦合长度成正比。激励频率通常位于 1–10 kHz 范围内。
随着磁芯位置的变化，一次线圈与两个二次线圈之间的磁耦合程度发生变化，从而导致两个二次线圈的感应电压发生反向变化。两个二次线圈通常采用反向串联方式连接，使输出电压等于两个二次电压之差（即“差动”输出）。
当磁芯位于几何中心位置、与两个二次线圈等距时，理论上两个二次线圈中感应的电压幅值相等、极性相反，输出电压应为零。但在实际系统中，由于绕制工艺、磁路不完全对称等因素，中心位置仍会产生一个很小的残余输出电压。
正交误差与信号解调
该残余电压通常源于相位偏移，称为正交误差（Quadrature Error）。在闭环控制系统中，该误差可能引起零位附近的振荡，在高精度测量场合也往往是不可接受的。正交误差通常与采用交流差动直接解调的方式有关。
在现代 LVDT 测控系统（尤其是安全相关系统）中，通常需要对 LVDT 进行在线故障检测。常见做法是：
对两个次级线圈的信号分别进行同步解调（半波或全波精密整流，通常基于运算放大器实现）；
再对解调后的直流信号进行差分运算，得到位移输出。
在恒定激励电压条件下，两个次级线圈电压之和在整个量程内基本保持恒定，仅在一个很小的范围内波动。因此可以对该“和电压”进行监测：一旦 LVDT 内部出现开路、短路或磁路异常，和电压将明显偏离正常窗口，从而迅速触发故障指示。该方案可有效消除正交误差，并确保输出信号在零位处平滑过零。
数字化处理与比率测量
当系统中具备微处理器或 FPGA等数字处理能力时，故障检测通常由数字系统完成。同时，为提高测量精度，常采用比率测量方法，即：
用两个次级线圈电压之差，除以两个次级线圈电压之和，从而使测量结果对激励信号幅值变化不敏感。
在数字处理能力充足的情况下，系统还可以通过 DAC 产生正弦激励信号，并通过多路复用 ADC完成二次信号的数字解调，这在现代高集成度测控系统中已十分常见。
位移方向与线性特性
当磁芯向某一方向（例如上方）移动时，对应的次级线圈电压增大，另一侧减小，差动输出电压从零开始增加，并且输出信号与初级激励信号同相。当磁芯向相反方向移动时，输出电压同样增大，但相位与初级激励信号相反。
因此，输出信号的相位用于判别位移方向；输出信号的幅值用于表征位移大小。通过同步检波器，可获得一个带符号的直流输出电压，直接对应位移量。LVDT 采用细长线圈结构设计，使其在较大行程范围内（从数英寸到数百毫米）仍能保持高度线性的输出特性。
作为绝对式位置传感器的优势，LVDT 是一种真正的绝对式位置传感器。即使系统断电，再次上电后仍能直接输出当前位置，不存在位置丢失问题。其最突出的优势在于：
优异的重复性与再现性；
除轴向线性运动外，磁芯的旋转或微小偏摆不会影响测量结果。
由于磁芯在管内运动时不与管壁接触，几乎不存在摩擦磨损，使 LVDT 具有极高的长期可靠性。同时，无滑动或旋转电接触结构使得 LVDT 可被完全密封，适用于严苛环境。
典型应用
LVDT 广泛用于：
伺服控制系统中的位置反馈；
机床自动测量与闭环控制；
以及众多工业与科学测量场合，是高可靠、高精度线性位移测量的经典方案。