横向磁通径向位移传感器研究.pdf

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1、第３８卷第５期仪器仪表学报Ｖｏｌ３８Ｎｏ５２０１７年５月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＭａｙ．２０１７横向磁通径向位移传感器研究１１１２薛莲晓，张剀，徐，刘哲鸣（１．清华大学工程物理系北京１０００８４；２．北京博工兴业工程咨询有限责任公司北京１０００４１）摘要：横向磁通传感器是一种对转子径向位移进行测量的新型传感器。与传统的涡流或电感式传感器相比，其凭借独特的探头设计，具有高性价比、高精度、高灵敏度、结构紧凑等优点。通过理论分析，研究了影响该传感器灵敏度的若干因素。建立有限元模型，通过仿真明确了传

2、感器探头设计的要点，总结了设计规律。设计并优化实验电路，搭建实验平台完成了对传感器的性能测试，结果表明该传感器具有良好的灵敏度、线性度和极低的ＸＹ耦合度。将此传感器成功应用于某主动式磁轴承转子的位移检测，实现了稳定悬浮，并且转速达到了１２０００ｒ／ｍｉｎ。关键词：横向磁通；电涡流传感器；有限元分析；主动式磁轴承中图分类号：ＴＰ２１２．１２ＴＨ８２２文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０２０Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆｌｕｘｒａｄｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒ１１１２ＸｕｅＬｉａｎｘｉａｏ，ＺｈａｎｇＫａｉ，

3、ＸｕＹａｎｇ，ＬｉｕＺｈｅｍｉｎｇ（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＢｏｇｏｎｇｘｉｎｇｙｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｕｌｔｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆｌｕｘｓｅｎｓｏｒ（ＴＦＳ）ｉｓａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｓｅｎｓｏｒｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒｒｏｔｏｒｒａｄｉａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｃｏｎ

4、ｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｏｒｉｎｄｕｃｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｓ，ｒｅｌｙｉｎｇｏｎｉｔｓｕｎｉｑｕｅｐｒｏｂｅｄｅｓｉｇｎ，ＴＦＳｈａｓｔｈｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆｈｉｇｈｃｏｓｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ，ｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄｕｌｔｒａｃｏｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｗｉｔｈｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔ

5、ｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｐｒｏｂｅＰＣＢｄｅｓｉｇｎａｒｅｃｌａｒｉｆｉｅｄｗｉｔｈｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｕｌｅｓａｐｐｌｉｅｄｔｏＴＦＳａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｂｕｉｌｔ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．

6、Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｅｎｓｏｒｈａｓｇｏｏｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ｌｉｎｅａｒｉｔｙａｎｄｖｅｒｙｌｏｗＸＹｃｏｕｐｌｉｎｇ．ＴｈｅＴＦＳｗａｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｒｏｔｏｒｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆａｎａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄａｓｔａｂｌｅｌｅｖｉｔａｔｉｏｎａｔ１２０００ｒ／ｍｉｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｆｌｕｘ；ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｓｅｎｓｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎ

7、ｔａｎａｌｙｓｉｓ；ａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇ带宽和分辨率，但是其探头线圈一般需要手动绕制，如果１引言缺乏特殊的制作工艺与设备，在小批量的制作中难以达到满意的精度和均一性。此外在某些使用场合，要求传与常规的机械轴承相比，电磁轴承具有无接触、无需感器所占用的空间尽可能小，有必要研究紧凑型的传感［５７］润滑、无磨损、转速高、控制精度高、维护成本低、寿命长器。［８］等优点，因而广泛地应用于真空和洁净系统、机械制造工２００３年，ＢüｈｌｅｒＰ等人提出了一种新型的径向位［１４］具、医疗设备、透平机械等领域。在超高速电磁轴承移传感器。该

8、传感器直接将感应元件印制在ＰＣＢ上，并系统中，对高速旋转的转子进行高精度的位置检测是一包围着中心的待测转子。这使得感应元件足够地接近中大难题。这要求在