绝对式电感角位移传感器的研究

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电磁感应式角位移传感器,因其具有抗干扰性强、结构简单、可靠性高及对工作环境要求不高等优势广泛应用于自动化产业及军工领域。传统的电磁感应式角位移传感器,如旋转变压器、LVDT、感应同步器及电感时栅位移传感器,因采用传统的绕线工艺导致“体型”较大,随着角位移传感器向小型化发展,因此,传统的电磁感应式角位移传感器明显不足。为提升传感器的适应性,降低其重量和大小,提高应用性能、扩展应用范围,因此本文基于电磁感应原理与当今较为成熟的PCB(Printed Circuit Board)技术对小型化绝对式角位移传感器展开系统性研究。本文的主要研究工作如下:1)运用电磁感应原理,确定角位移传感器的实现机理。角位移传感器由导电材料的转子线圈削弱激励线圈所产生的匀强交变磁场,使其匀强交变磁场产生幅值阶梯,从而使接收线圈产生感应电动势,实现转子位置的传感。得出该角位移传感器的主要传感元件由激励线圈、接收线圈和转子线圈三个部分组成。2)开展了角位移传感器的理论模型建立及仿真分析。对定子(激励线圈与接收线圈)与转子(转子线圈)进行了理论模型的推导与建立,并对其进行了耦合仿真分析,得出当转子加入到匀强交变磁场中,出现了明显的磁场幅值阶梯,从而验证了该角位移传感器的定子与转子之间传感的正确性。3)开展了角位移传感器的结构设计及仿真分析。本文将定转子(定子与转子)分别采用了双码道(绝对式)与单码道设计且接受线圈与激励线圈精确约束在一块PCB定子基板上,并对该模型进行仿真,从结果得出接收信号与被测位移之间达到了期望函数关系,即证实了具有绝对式测量的角位移传感器的结构正确。4)开展了角位移传感器测角系统的设计及信号处理。根据角位移传感器的特性,设计了基于鉴幅原理的信号处理电路,并进行了检波、滤波及放大等调试工作。5)搭建了角位移传感器样机的性能测试平台及实验研究。搭建了角位移传感器的实验平台,并对角位移传感器样机进行了精度实验及误差分析工作。实验表明,以外径74mm、内径40mm和厚度28mm(包含壳体)的绝对式电感角位移传感器的整周原始最大误差为70″,短周期内原始最大误差为30″。
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