永磁感应测速传感器设计与研究

发布时间：2020-08-09 09:55

【摘要】：弹丸的飞行速度是检验武器射击性能的一个重要技术指标。论文针对以往双线圈测速线圈靶存在的信号噪声大、容易受到电源纹波影响等问题,进行了一种永磁感应测速传感器的设计,为靶场弹丸速度测量提供了一种新的测速传感器。本文在介绍永磁感应测速传感器测速原理的基础上,基于电磁偶极子理论与电磁感应定律,建立了传感器测速模型。选择标号为N35的钕铁硼作为励磁永磁体材料,根据分子环流假设推导了圆柱形永磁体的空间磁场分布模型。通过对比不同形状永久磁铁的空间磁场分布规律,研究了永磁体方向、形状和尺寸等参数对磁场分布的影响,确定了单个永磁体的参数；应用有限元软件Ansoft仿真分析了永磁体排布阵列、使用数量等参数,确定了永磁体的空间排布方式。建立了感应线圈等效半径模型,分析了感应线圈半径对永磁感应测速传感器的灵敏度的影响规律；根据传感器系统的等效电路模型,分析了导线参数、线圈半径和绕制方式对感应线圈电阻、电感和分布电容的影响。利用Ansoft软件对线圈参数进行了正交实验分析,并以极差分析方法确定了传感器感应线圈参数并制作了永磁感应测速传感器。设计了弹丸速度测量实验装置,进行了实弹射击试验和数据分析,并且对传感器测速误差产生的原因进行了分析。射击试验表明,与传统线圈靶相比,永磁感应测速传感器提高了测速精度和信噪比,并且具有性能稳定,不受电源等测试环境因素的影响。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TJ410.6;TP212
【图文】：

２０１３年，南京理工大学狄长安［１４］等人根据电磁感应定律，以励磁式线圈祀模型为基逡逑础提出了一种利用单个线圈侧水下高度运动物体偏移量的方法。逡逑此外，目前己经有多款线圈祀在祀场弹丸速度测量试验中得到广泛应用。如图１．１逡逑所示的由南京理工大学所设计的圆形ＣＤ系列励磁线W祀。逡逑◎逡逑图１．１圆形ＣＤ系列励磁线圈革巴逡逑但在实际使用中线圈祀也存在一些缺点：对于单线圈感应式线圈}\0，测试前弹丸需逡逑要磁化，从而增加了弹丸测试的难度；对于双线圈励磁式线圈祀，测试时励磁线圈需要逡逑通入直流电才能产生磁场将弹丸磁化。但由于线圈长期通电不仅会产生热量改变感应线逡逑圈的参数，影响系统的动态特性［”］，而且电流的波动会引起弹丸磁化强度的改变，影响逡逑测试系统的可靠性此外，由于励磁式线圈祀测试时需要有较为稳定的电源，增加了逡逑测试的复杂性。逡逑１．２．２磁电式传感器的研究与发展逡逑磁电式传感器是利用电磁感应原理，通过磁电相互作用将被测量（如振动、位移、逡逑转速等）转换成感应电动势输出的传感器，它也被称为感应式传感器、电动式传感器。逡逑它可以直接将被测体的机械能量转换成电信号输出，工作不需要外加电源，是一种典型逡逑的有源传感器。逡逑根据电磁感应定律

由麦克斯韦电磁场理论可知，变化的磁场在周围空间产生电场。当导体处在变化的逡逑电场中时，导体中的自由电子在电场力作用下定向移动产生感应电流。因此，当弹丸在逡逑变化的磁场中高速运动时，弹丸内会产生感应电流从而使空间磁场发生变化。如图２．１逡逑所示，图中Ａ为永久磁铁，其作为磁源提供稳定的空间磁场，当铁磁弹头Ｍ靠近永磁体逡逑时，弹丸的磁畴顺着磁场方向转动磁畴的方向趋于一致，使物体对外显示出一定的磁性。逡逑同时，弹丸上出现宏观的磁化电流，此磁化电流产生垂直于回路方向的磁场Ｂｆ这个磁逡逑场同源磁场Ｂｏ叠加而构成有物体存在时的空间磁场Ｂ。利用永磁体在空间不同位置上磁逡逑场强度的差异，弹头所产生的感应磁场８＾？随运动方向变化快慢程度不一，通过感知该磁逡逑场信号的变化特征就可以得到弹丸的运动过程。逡逑ｉｔｌｖｏＵｌ逦ｉ逦Ｉ逡逑Ｋ邋？邋Ｗ．４．逡逑！＞邋！？？邋？Ｉ？邋？＞．？．逦ｊ逡逑《．匆．、：．逦２邋Ｉ逦Ｋ逦＊邋ｔ逡逑Ｎ逦／Ｖ，邋Ｓ｜邋＼逡逑？＞？她．《ｗ，，逦Ｍ逡逑■二ｓ邋（、，逦Ｊ邋ｉ逡逑；．Ｓ二邋＾逦－．Ｊ邋Ｉ逡逑Ｉ逦＂逡逑＾？ＴｖＴ－ｆｒ逡逑逦逦逦．Ｊ逡逑图２．１感应测速原理图逡逑根据上述原理

３传感器励磁装置设计逦硕士学位论文逡逑度变化量为零，传感器的感应电压信号也将为零。为了满足传感器的设计要求，寻找到逡逑满足传感器模型要求的的空间磁场，需要对永磁体不同方向上的磁场分布进行研究。如逡逑图３．４、图３．５所示，建立空间直角坐标系，假设矩形永磁体三边分别位于坐标轴三个平逡逑面内，圆柱形永磁体底面位于Ｘ０少平面轴线与Ｚ轴重合。矩形永磁体长ａ、宽ｂ、高ｈ逡逑分别为ｌＯｍｍ，圆柱形永磁体半径ｒ为５ｍｉｎ、高度ｈ为１０ｍｍ。材料选取ＮｄＦｅ３５钱铁逡逑硼，利用ＭＡＴＬＡＢ软件分别计算不同形状永久磁铁在不同方向上的磁场强度。逡逑Ｚ邋Ｉ逦Ｚ牛逡逑

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本文编号：2786953