磁悬浮轴承横向磁通传感器设计与分析

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。随磁悬浮轴承技术的发展,对横向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之间的关系。对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。实验结果表明,当灵敏度为20 mV/μm、检测范围为±500μm时,传感器的线性度为0.69%,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系统的转子高精度径向位置检测。

三轴磁通门传感器不同误差对测量结果的影响

对Mag648三轴磁通门传感器的非正交误差、刻度因子误差、零偏误差等问题进行了研究。仿真分析了同一姿态下,不同量级的误差对测量结果的影响,以及不同姿态下,同一误差对测量结果的影响。结果表明:非正交误差对测量结果的影响大于刻度因子,零偏误差对测量结果的影响最小;并且非正交误差与零偏误差引起的测量误差随姿态的改变而变化,而由刻度因子误差引起的测量误差不随姿态改变而变化。最后根据仿真结果,给出了测量精度与传感器误差参数的关系。

一种零磁通电流传感器适配装置的研制与应用

为了方便有源零磁通电流传感器的现场使用,研制了一种零磁通电流传感器适配装置,可作为电流传感器的配套产品,其内部集成的具有多种供电模式的电源模块可为现有的大部分主流传感器提供高稳定、低纹波的工作电源。采用电池供电可有效降低电流传感器的零点输出电流;同时通过专用的接口引出传感器的二次电流,并进行I-V变换、数字化等后续处理,在便于测量应用的同时,更拓展了电流传感器的有效测量范围。

基于微机电系统(MEMS)的磁通门传感器研究进展

磁通门传感器是由电磁感应效应衍生出来的一类主动式感应变压器,能够感应到外界微弱的直流或低频磁场,因为它在噪声、温度稳定性、磁场分辨率和灵敏度方面的优势,被广泛应用在了定位跟踪、航空航天、地磁探测和电流检测等领域。但现在,各类设备都朝着小型化发展,对磁通门质量、体积、功耗、集成度有了更高的要求,所以磁通门传感器的微型化研究十分必要。微机电(Micro-electro-mechanical System,MEMS)加工为此提供了技术基础。简要分析了磁通门传感器的基本原理,阐述了微型磁通门传感器工艺技术的发展历史,包括微加工技术、PCB技术和MEMS技术。重点总结了MEMS磁通门结构工艺的发展历程以及MEMS正交磁通门发展状况。介绍了MEMS磁通门在相应场合的应用优势与发展状况,并展望了此领域未来的研究重点。

用磁阵列传感器去偏心误差的非接触式电流测量方法

磁性传感器圆形阵列是电流非接触式测量的有效方法,因为它成本低、重量轻、线性范围大、带宽宽和噪声低。针对现有阵列式电流传感器测量偏心时存在较大电流测量误差的问题,采用一种基于导线偏心位置的区域层次分析方法。通过对载流导线不同偏心位置,赋予磁传感器不同的权重进行输出叠加,与导线中心位置输出进行对比,求得最大相对误差为1.28%,传感器线性误差为1.04%,克服了导线偏心对电流测量误差的影响,证明了该方法的可行性。

磁通量传感器温度补偿方法的研究

为解决磁通量传感器在桥梁索力监测的应用过程中易受环境温度影响的不足,文章提出一种温度补偿方法,基本流程是通过获取传感器温度测试的样本数据,拟合得到温度补偿系数,利用此补偿系数,对系统测试数据进行线性补偿修正。经过多组样本的验证和实际桥梁项目的应用对比,验证了该方法的有效性,降低了磁通量传感器受环境温度的影响幅度,提高了磁通量采集系统在工程应用中的可靠性。

基于数字比较法的宽频标准电流互感器溯源技术研究

对于宽频标准电流互感器的校准,在50 Hz附近的频段通常采用测差的方法,而在低至5 Hz高至2.5 kHz的频率下,由于标准器大都采用磁通门传感器的原理,无法与被检互感器的变比一一对应,因此必须采用同步采样的数字比较方法,文中通过对同轴分流器的宽频特性分析,设计了一种适合同轴分流器自校准的宽频互感器校验仪,以此完成对宽频标准电流互感器的误差校准,并采用多功能校准源与高精度数字万用表的配合实现分流器的校准和溯源。文章提供了完善的校准方案和详实的测试数据,并对各环节的校准不确定度进行了科学的分析,论证了校准方法的合理性和准确性,本方法对目前正在运行的某省电力公司20 Hz示范性电网的计量工作有很大的实用意义。

基于磁通传感器的车辆行驶轨迹记录仪

磁通方位传感器利用当地的地磁场矢量确定方位信息,并通过单片机对车辆转数脉冲的记录来组合成车辆的行驶轨迹。笔者根据磁通传感器的特点,采用高集成度的C8051F340单片机为核心,并利用大容量的存储器和LCD显示器等组成了一种基于磁通方位传感器、结构简单、低成本、高精度的车辆行驶轨迹记录仪。

基于四次谐波选择法的磁通门传感器分析

采用分段折线近似磁滞回线,分析了矫顽力对磁通门输出的影响,通过理论推导得到各偶次谐波灵敏度解析表达式。比较了二次谐波选择法和四次谐波选择法灵敏度,量程和非线性度。详细讨论了四次谐波的适用条件。研究结果表明选取四次谐波还是选取二次谐波,不仅取决于激励磁场与饱和磁场强度比值,还取决于矫顽力与饱和磁场强度比值。研究结果对实际应用中磁通门的谐波选择有重要指导意义。

三分量磁通门传感器水平修正方法

三分量磁通门传感器是磁场测量中普遍使用的仪器,磁传感器的测量坐标系由三个正交的螺线管确定,但是这种传感器的测量坐标系的水平坐标平面通常不平行于其基座水平面,这样一个倾斜的测量坐标系会带来测量误差.为了解决这一问题,提出了采用共轭梯度优化的方法求解水平修正参数,进而修正由坐标系不水平带来的误差的方法.采用该方法计算了某一三分量磁通门传感器的水平修正参数,经过修正后的传感器,其性能得到了明显改善。

一种平面四轴向磁通门传感器的设计

设计了一种新型的四轴向磁通门传感器,可测量铁磁性目标经过时产生的磁异信号在四个轴向上的变化情况,通过各轴间的相关性即可判断出目标的运动方向。结构中将四个三端式磁通门探头单元相间45°摆放,使得传感器的任一侧都有四个磁场强度分量的输入,结合分时激励的方法,与传统磁通门传感器相比,其具有电路简单,灵敏度高、稳定性好、功耗小等优点。经实验表明,该传感器方向识别正确率可达85%以上,能够较好的应用于安防及侦测领域中对目标运动及其方向的监测。

三端式磁通门传感器的数学建模及数值分析

分析了三端式磁通门的工作原理,建立了三端式磁通门结构的数学模型,并计算出三端式磁通门的各项参数和指标,其中参数和指标主要包括灵敏度、磁导率等;在此基础上,比较不同波形下的灵敏度大小,确定最佳的激励波形,以计算机辅助设计为工具,验证了数学模型的合理性,并保证在灵敏度最大的条件下得到最佳激励电压和激励频率。

三分量磁通门传感器轴定向问题研究

利用三分量磁通门传感器进行磁场测量时需知传感器的三个方向轴,而在传感器的安装工程中其三轴方向难于固定,这给磁场测量带来了不便。针对上述问题,从三分量磁通门传感器测量原理出发推导了传感器三轴定向计算公式和有背景干扰磁场时的轴定向误差计算公式;设计了三分量磁通门传感器三轴定向的仿真实验和物理实验,以实验数据为基础分析了背景磁场干扰源对磁通门传感器三轴定向的影响。研究表明:在高精度磁场测量中必须严格控制背景干扰磁场大小来减小传感器轴定向误差,所得结论对磁场测量有一定的实际指导意义。

任意姿态变化下的磁通门传感器误差校正

三轴磁通门传感器随着姿态变化存在空间转向差,主要原因为轴间非正交性、各轴刻度因子误差和零偏误差,需要研究校正方法,提高测量准确度.选择稳定的磁场环境,对德国的一款DM系列高精度三轴磁通门传感器进行标定.研究了传感器姿态在空间中任意变化;提出采用最小二乘法对磁通门传感器校正参数进行准确估计并校正该点转向差;传感器在验证点姿态任意变化,采用已获取的校正权值抑制验证点转向差.实验结果表明,校正点和验证点的转向差经过校正后分别从106 nT和89 nT减少到27 nT和23nT,转向差明显得到抑制,说明了校正权值在姿态任意变化情况下校正效果良好.

三轴磁通门传感器水平和定向对地磁日变化观测数据的影响

针对多套三轴磁通门传感器在同一观测环境下,日变化观测曲线不是完全重合,存在观测数据的不一致性问题,通过理论计算和地磁台站测试实验,分析仪器的定向、底座水平与地磁各分量观测数据之间的变化规律并给出其定量关系.实验结果表明:若存在定向误差角α,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的H分量;在水平面内,若存在磁传感器以H分量为轴在ZOD平面内的旋转夹角φ,则表现为D分量的观测曲线中包含了一定比例的Z分量;若存在磁传感器以D分量为轴在ZOH平面内的旋转夹角θ,则表现为H和Z两分量的记录数据中分别包含了一定比例的对方分量成分.

基于DSP的数字磁通门传感器设计

针对传统磁通门传感器模拟电路受温度影响较大的问题,设计了一种基于DSP的数字式闭环磁通门传感器。传感器的模拟电路由AD转换器、DSP和DA转换器取代,滤波、相敏整流和积分等关键环节采用DSP软件编程实现,模拟电路的减少增强了系统的稳定性。传感器的精度和稳定性主要取决于位于反馈回路的DA转换器,采用高分辨率、高稳定的DA转换器芯片可有效提高传感器的温度性能。详细介绍了该磁通门传感器系统的硬件结构、软件设计和实验结果。结果显示:系统零点温度系数为8.9×10-7/℃,灵敏度温度系数为3.9×10-6/℃,25℃时线性度达到了9.4×10-5。

RTD型磁通门传感器检测系统设计

为了对外界静磁场进行检测,设计了滞留时间差(RTD)型磁通门传感器的检测系统。通过对检测系统信号调理电路、数字存储单元以及数据处理算法等方面的设计优化,提高了检测系统的检测精密度和准确度。在电磁屏蔽室中,利用赫姆霍兹线圈给定外磁场,对所设计的检测系统进行测试,实验结果表明:时间差波动小于±0.1μs,在±5×104n T范围内线性度误差为±0.21%,灵敏度为22.4 s/T,多次测量标准差不大于0.03,适合用于对静磁场的检测。

电流输出型磁通门传感器的灵敏度

研究了电流输出型磁通门传感器的灵敏度。一般磁通门的灵敏度随次级线圈匝数增加而增加 ,导致高灵敏度磁通门体积大 ,闭环工作时动态性能差。通过理论推导得出 ,忽略线圈的铜电阻和耦合电容的容抗时 ,电流型磁通门的灵敏度与次级线圈匝数成反比 ,因而可在小体积下获得高灵敏度和优越的动态性能。研制了 6只次级线圈匝数不等双铁心电流输出型磁通门进行试验。用最小二乘法对实验数据进行了分析 ,结果表明理论推导与试验结果基本一致。分析还表明 ,若考虑次级线圈的铜电阻和耦合电容的容抗 ,用次级线圈匝数的倒数及其二次项表示电流输出型磁通门的灵敏度具有更高的精度。

三分量磁通门传感器的三轴正交校正与测量

受机械加工与安装水平的限制,磁通门传感器的三个分量相互之间无法保证绝对正交,由此会带来三分量磁测数据误差。本文通过建立一种三轴正交角度与磁总场误差关系模型,并对该模型进行正演模拟、反演分析及建立一种修正算法,达到推算三个分量不正交角度并修正的目的。实验表明,采用该方法对实际三分量磁通门传感器进行不正交度的测试与修正后,能够使其在测量总场时的误差减小到±10 n T,减小了测量时所带来的误差。

闭环反馈式数字磁通门传感器

针对传统磁通门传感器模拟电路温度性能相对较差的问题,研究了一种闭环数字磁通门传感器。利用高速A/D直接采样传感器信号,用单片机进行数字信号处理,再经D/A转换输出反馈信号。详细介绍了传感器的硬件结构和软件设计,并用该传感器对地磁场进行了测量试验。结果显示:它的零位温度系数为6.7×10-10/℃,灵敏度温度系数为2.5×10-4/℃,线性度达到了5.4×10-3。