新型精密LVDT仿真分析.pdf

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1、机械设计与制造第8期214MachineryDesign&Manufacture2014年8月新型精密LVDT仿真分析钱谦，刘武发，郭松路(郑州大学机械工程学院，河南郑州450001)摘要：影响线性可变差动变压器式位移传感器(LVDT)灵敏度和线性度的关键因素是其轴向磁场的强度和分布。针对新型精密LVDT的要求，传感器次级线圈采用多段阶梯绕线结构，以加强传感器两端区域磁场强度。使其轴向磁场分布趋于均匀。建立了改进后的LVDT结构模型，利用Maxwell2D有限元软件分别对IJVDT模型的静态磁场和瞬态场进行了仿真分析，得出了相应的关

2、系曲线。结果表明，次级线圈采用多段阶梯结构能够提高传感器的灵敏度和线性度。并且与传统分析方法比较直观性、可视性更好。关键词：线性可变差动变压器；多段阶梯结构；Maxwell2D；灵敏度；线性度中图分类号：TH16；TP212文献标识码：A文章编号：1001～3997(2014)08—0214—03SimulationAnalysisoftheNewTypePreciseLVDTQIANQian，LIUWu-fa，GUOSong-lu(SchoolofMechanicalEngineering，ZhengzhouUniversity，

3、HenanZhengzhou450001，China)Abstract：ThekeyfactorimpactingLVDTsensitivityandlinearityistheaxialmagneticintensityanddistribution．AccordingtotheneedsofthenewtypepreciseLVDT，inordertostrengthenthere#onalmagneticfieldstrengthonbothendsofthesensorandmakethedistributionofthea

4、xialmagneticfieldtendtobeunifor巩．itssecondarycoiladoptedmultistagewindingstructure．AmodifiedLVDTstructuremodelbuih．thefiniteelementsoftwareMaxwell2DWaSusedtocarryoutthestaticandthetransientfieldsimulationanalysisandthecorrespondingrelationCUl~eswereobtained．Theresultss

5、howthatmultistage3tructureofthesecondarycoilCanimproveitssensitivityandlinearityandalsohave(工betterintuitionandvisualitythantraditionalanalysismethods．KeyWords：LinearVariableDifferentialTransformer；MultistageStructure；Maxwell2D；Sensitivity；Linearity1引言线性可变差动变压器式位移传感器(L

6、VDT)因具有机械寿命长、无限分辨率、零位可重复性高且极其稳定和环境适应性强等特点而在工业精密测控中得到广泛应用。为了提高LVDT的灵敏度和线性度，文献【-把传感器次级线圈改为三角形绕法，其优点是输出精度与铁芯长度无关，不会增大传感器的尺寸；文献口卅则对传感器线圈输出信号进行相敏、滤铁芯次级线圈初级级线次级线圈波等处理以提高输出信号的质量，但是价格高昂，且受环境影响大；文献睬用设计磁罩来改善传感器内部磁场环境的方法，简单图ILVDT结构图Fig．1StructureDiagramofLVDT实用，却增加了传感器的尺寸。LVDT中的两

7、个次级线圈是反向串联的，并且在忽略铁损、以传统LVDT为基础，采用改进传感器次级线圈结构分布，导磁体磁阻和线圈分布电容的理想情况下，其等效电路，如图2并结合参数仿真优化的方法，以确定其合理结构和参数，从而达所示。根据电磁感应定律，可得输出差值电压的有效值为：到提高传感器的灵敏度和线性度的目的，而最终设计外径为8ram,测量行程为mtn的新型精密LVDT。F—eo(M1一)2LVDT基本结构和原理【r：+Q'wL．)J差动螺线管式LVDT结构，，如图；1所示它是由一个初级线如果工艺上保证变压器结构完全对称，当铁芯处于中间位圈、两个次级

8、线圈和插螺线管中的圆柱铁芯等组成置时，必然会使两互感M。与相等，由于变压器两次级绕组反莱稿甘姻：14-d2。⋯。’”。。一一基金项目：国家自然科学基金(5o975262)；河南省教育厅自然科学研究计划项目(20l0B460o20)；河