自感式电感传感器的参数优化和性能实验

发布时间：2021-11-27 20:31

　　主动磁轴承因其具有无机械接触、转子转速高、功耗低、维护简单等许多优点,被应用于许多高速旋转机械,其应用前景仍然非常广泛。主动磁轴承系统需根据位移传感器检测到的转子位移来实时改变定子铁芯施加于转子铁芯上的电磁力,从而实现转子的稳定悬浮。因此,传感器的性能是影响主动磁轴承性能的重要因素之一。目前,电感式位移传感器被广泛用于主动磁轴承系统,为了进一步提升传感器性能,还需要继续研究其性能随各项参数的变化规律,寻找参数优化方法,这也是该领域的研究重点。本文推导了差动式自感位移传感器的数学模型,理论分析了其输出特性,并基于灵敏度、线性度等要求,给出了确定传感器平衡气隙的方法。针对实验室中某一直径为44.2mm的磁悬浮转子,分别设计了气隙为1.6mm、1.2mm、1.0mm、0.8mm、0.6mm的径向自感式位移传感器。然后利用电磁场有限元软件,仿真分析了传感器输出电压与转子位移之间的关系,以及平衡气隙和线圈匝数对灵敏度、线性度的影响。分析结果表明,差动式自感位移传感器的输出电压和转子位移之间具有很好的线性关系,其灵敏度仅与线圈激励电压成正比,与平衡气隙成反比;在小位移范围内,线圈电感、电流与转子位... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：107 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 磁轴承用位移传感器的性能要求
    1.3 磁轴承用位移传感器国内外研究现状
    1.4 本文的主要工作
第2章 电感式位移传感器的建模及特性分析
    2.1 电感传感器简介
    2.2 电感式位移传感器的原理及数学模型
    2.3 自感式电感传感器特性分析
        2.3.1 电感变化特性分析
        2.3.2 灵敏度特性分析
        2.3.3 线圈电流变化特性分析
        2.3.4 非线性分析
    2.4 本章小结
第3章 电感式位移传感器的参数优化与仿真分析
    3.1 电感式位移传感器的结构设计
    3.2 电感式位移传感器特性的理论值分析
    3.3 电感式位移传感器的有限元仿真分析
        3.3.1 传感器的有限元建模
        3.3.2 传感器磁场分布特性仿真结果
        3.3.3 传感器输出电压变化特性仿真结果与分析
        3.3.4 传感器线圈电流变化特性仿真结果与分析
        3.3.5 传感器线圈电感变化特性仿真结果分析
        3.3.6 输出特性的理论值与仿真值的对比分析
    3.4 误差分析
        3.4.1 线圈电感仿真结果误差原因分析
        3.4.2 线圈电流仿真结果误差原因分析
        3.4.3 灵敏度仿真结果偏低的原因分析
    3.5 结构参数对传感器特性的影响分析
        3.5.1 气隙对传感器特性的影响
        3.5.2 线圈匝数对传感器特性的影响
    3.6 本章小结
第4章 测量电路的设计
    4.1 测量电路的整体设计方案
    4.2 激励电路的设计
        4.2.1 高频正弦波发生电路设计
        4.2.2 功率放大电路设计
    4.3 信号处理电路设计
        4.3.1 检波电路设计
        4.3.2 滤波电路的设计
        4.3.3 偏置调幅电路的设计
    4.4 测量电路的性能测试
    4.5 本章小结
第5章 自感式电感传感器的静态性能实验
    5.1 实验装置的设计
    5.2 静态性能实验
        5.2.1 测量电路的调试实验
        5.2.2 不同气隙的传感器静态性能实验
        5.2.3 不同匝数的传感器静态性能实验
        5.2.4 偏置调幅性能实验
    5.3 本章小结
第6章总结与展望
附录1
附录2
附录3
附录4
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁轴承用新型自感位移传感器设计与实验研究[J]. 张利胜,王坤,郑世强.  仪器仪表学报. 2018(01)
[2]Analysis of sensitivity and errors in Maglev vibration test system[J]. JIANG Dong,LIU Xukun,WANG Deyu,YANG Jiaxiang.  Instrumentation. 2016(01)
[3]电阻应变式位移传感器电路设计与实现[J]. 葛川,李朋志,徐立松,李佩玥.  国外电子测量技术. 2015(06)
[4]高温磁悬浮轴承用位移传感器的研究[J]. 金超武,徐龙祥,朱益利.  航空学报. 2014(01)
[5]磁力轴承旋转电磁场的有限元计算及分析[J]. 丁国平,周祖德,胡业发.  武汉理工大学学报. 2012(01)
[6]电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法[J]. 李红伟,刘淑琴,于文涛,范友鹏.  仪器仪表学报. 2011(07)
[7]一种开关驱动的电涡流式位移传感器的原理与实验研究[J]. 钟建朋,李黎川.  仪器仪表学报. 2010(11)
[8]AD698解调的电感位移传感器性能提升[J]. 张剀,董金平,戴兴建.  仪表技术与传感器. 2010(09)
[9]磁轴承用电涡流位移传感器串扰产生及抑制方法研究[J]. 王志强,刘刚,李红.  仪器仪表学报. 2010(05)
[10]电涡流检测技术及影响因素分析[J]. 李贵娥,麻红昭,沈家旗,何丰华.  传感技术学报. 2009(11)

硕士论文
[1]电磁轴承系统的设计与研究[D]. 陈浩.北京工业大学 2009
[2]磁力轴承电感位移传感器的研究[D]. 王秀珍.武汉理工大学 2009
[3]磁悬浮转子虚拟样机中结构设计系统的研究与开发[D]. 朱坤.武汉理工大学 2007



本文编号：3522995