基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

交流励磁三维定位系统中磁传感器设计

交流励磁定位系统可以对介入式微型医疗装置在人体内的三维位置实现非接触式遥测。在定位系统中，为了测量磁场分布范围宽、下限磁场微弱的交变磁场，本文设计开发了感应线圈式磁传感器。根据电磁感应原理，感应线圈先将交变的磁信号转换为电信号，再通过后级信号处理电路在强大的噪声背景中提取出有用的电信号，结合传感器的输入输出特性，即获得待测磁场大小。实验结果表明：磁传感器能准确测量微弱交变磁场，且具有宽测量范围、高分辨率、高稳定性和高精度的优点。磁传感器还能适用于一切非导磁环境中跨度大的交变磁场的测量，具有通用性。     

一种改进的RBF神经网络的开关磁阻电机磁链模型

基于径向基(RBF)神经网络的开关磁阻电机无位置传感器技术在拟合磁链-电流-角度的模型中,初始角度范围内因为磁链的变化率较小,数据点密集,RBF神经网络的聚类中心点难以准确地计算,导致拟合的误差比较大。采用分段的形式对RBF神经网络的开关磁阻电机无位置传感器模型进行改进,即将RBF神经网络模型的小角度范围内的数据分离出来予以单独处理,用线性化的方法对其进行建模通过MATLAB仿真验证了该方法的可行性。     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

基于TMR传感器阵列的蒸汽发生器换热管检测探头设计

文中设计了一种用于核电站蒸汽发生器换热管检测的涡流探头,该探头使用高分辨率、高灵敏度的隧道效应磁阻(TMR)传感器阵列对涡流电流产生的磁场成像,通过分析磁场图像数据,来快速准确地定位换热管中存在的缺陷。文中建立了基于压缩磁矢势方程的有限元仿真模型,来模拟缺陷检测的物理过程;研制并测试了由磁场激励线圈、TMR传感器阵列和数据采集系统组成的实验探头,对带有缺陷的换热管样品(Inconel 690)进行了检测,观察传感器输出的电压信号变化即可直观的反应出被测样品的缺陷情况。     

非晶材料磁传感器噪声分析

分析了基于非晶材料磁场测量传感器的噪声特性.根据非晶丝巨磁阻抗效应原理,设计了传感器的闭环负反馈结构,并分析了传感器的主要噪声源.在此基础上,分别考虑了驱动电流的低频噪声、幅值噪声、相位噪声以及影响非晶丝阻抗的外部磁场波动、内部磁场波动,根据泰勒展开并忽略高阶小项,得到非晶丝两端电压噪声表达式.然后,根据传感器的电路结构和传递函数,得到传感器输出电压噪声表达式,最终推导出了非晶材料磁传感器噪声模型.分析传感器噪声模型可知,提高传感器的反馈系数,可有效地降低该传感器的输出噪声谱密度.最后通过实验验证了上述结果的正确性.     

基于SMO的开关磁阻电机无位置传感器控制仿真研究

针对开关磁阻电机中位置传感器的引入用所带来的结构复杂程度以及系统的成本的提高、电机可靠性以及坚固性降低等问题,提出了一种新的基于滑模观测器的开关磁阻电机无位置传感器控制方法:采用五点法磁链模型,结合滑模观测器实现了转子位置无位置传感器控制。该方法以转速以及电机转子位置作为状态变量,以实际磁链以及估算磁链的偏差作为滑模面,构建出了滑模观测器,对转子位置进行了间接检测。然后利用Matlab仿真软件搭建出了12/8极开关磁阻电机的仿真模型,并在Simulink环境下对开关磁阻电机进行了仿真研究。研究结果表明,所给出的无位置传感器控制方法可以有效地估算出电机的转速以及转子的位置,测量得到的转子位置误差小,具有较好的鲁棒性以及抗干扰能力,动态性能较好。     

基于内部级数法的高均匀度磁传感器标定装置设计

在对磁传感器进行标定时,Maxwell线圈在磁梯度场均匀度要求高且对线圈空间尺寸有严格限制时并不适用,针对这个问题设计了一种具有高均匀度的磁梯度线圈作为磁传感器标定装置。应用内部级数法对单个轴对称线圈产生的磁场进行数理分析,进而得到其磁场梯度分布的一般特性,在此基础上计算出高均匀度磁梯度线圈的结构参数与均匀度。对线圈模型进行仿真分析并完成了磁梯度线圈装置的设计和制作。最后,根据仿真结果与实际测量得到的数据,验证了设计的正确性。     

基于MMC212xMG的电流传感器

针对传统电流测量方法精度不高、工艺复杂等问题,利用各向异性磁阻传感器MMC212xMG优异的磁场测量性能设计了一种高精度非接触式电流传感器.该电流传感器以磁场传感器MMC212xMG作为核心检测部件,ATmega32微控制器作为主控器,实时测量磁场数据,对数据进行滤波和计算后显示电流值.被测电流与磁场传感器MMC212xMG都处在密闭的坡莫合金屏蔽体内,有效避免外界磁场对电流磁检测过程的干扰.实验结果表明,该电流传感器具有精度高、非接触式测量、稳定性好、体积小等特点.     

磁场调制式永磁齿轮气隙磁密数理模型建立及其运行机理分析

针对磁场调制式永磁齿轮(FMPMG)的气隙磁密理论推导不完善,无法深刻揭示出FMPMG内在运行机理等问题,基于永磁电机气隙磁密及其单边有槽气隙磁导的计算方法,对FMPMG气隙磁场进行了理论分析与系统建模;认为调磁环对内、外转子所产生的调制作用是FMPMG正确运行的基础,其对一个永磁体转子所产生的调制谐波必须与另一个永磁转子的基波相匹配,才能使FMPMG按一定的传动比输出转速与转矩,且调磁环的调制作用取决于永磁体的磁极对数:磁极对数越多,其调制作用越明显;反之,则并不明显。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

星敏感器遮光罩出口杂光的辐照度测试

面向星敏感器在轨应用时杂光抑制的迫切需求,开展了星敏感器遮光罩出口杂光辐照度分布定量测试。基于微型光纤光谱仪、二维高精度位移台以及太阳模拟器搭建了可逐点扫描的杂光测试平台,并将辐射测量软件与运动控制软件进行有效整合,开发系统集成测试软件,完成遮光罩出口杂光辐照度分布的实时定量测量。针对获取的不同光照入射角下遮光罩出口处的测量计数值,根据测量时设定的积分时间及保存的暗背景数据以及光谱仪定标数据计算获得遮光罩出口处的杂光辐照度分布。数据处理结果表明:遮光罩在出口处的杂光辐照度约为102 W/cm~2,而且分布不均匀。基于误差分析理论构建了测量误差模型,误差计算结果为4.87%,表明了测量方案的合理性和可行性。测量数据可为星敏感器系统方案设计、论证、测试、定型及应用提供重要的技术支持。     

基于电容分压法的配网线路智能电压传感器

配网线路电压的准确测量是配网故障检测和诊断的前提。根据导线对地的分布电容及传感器与导线之间的分布电容,构建了输电线路电压测量模型,分析了测量电容、杂散电容、导线对地电容的变化对测量结果的影响,提出了测量电容的选取原则;结合现场应用情况,分析了配网线路敷设高度、环境温湿度和安装点到杆塔距离等因素对测量结果的影响,提出了智能电压传感器的设计及安装原则。最后通过模拟实验和现场试验验证了测量模型的正确性及各影响因素对传感器测量结果的影响。其有望在配网电压测量领域大面积应用。     

磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理,给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型,对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算,并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机,制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统,对系统进行实验研究,获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。     

中高轨星光折射导航光学系统设计及杂散光抑制

为了实现基于大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航,针对视场中亮地球引起的强杂散光抑制的技术难题,研究了内掩式星光折射敏感器亮地球杂散光的有效抑制方法。通过构建星光折射敏感器模型、搭建星光折射导航仿真观测环境以及原理计算得出了各级杂散光强度,并确定了相应的抑制方法。仿真结果表明,基于二次成像光学系统的内掩式星光折射敏感器可将杂散光抑制在导航系统的最大可接受杂散光抑制值范围内,即抑制后1.003Re(Re为地球半径)处杂散光亮度小于亮地球平均亮度的1.10×10~(-3)倍。最后,通过月球强背景下恒星探测外场试验验证了杂散光分析及抑制方法的可行性。研究成果为实现基于一个大视场星光折射敏感器的中高轨卫星全天时高精度星光折射导航技术奠定了基础。     

基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法

利用磁悬浮轴承高速电主轴作为检测器件解决高速磨削法向磨削力实时在线测量困难的问题。通过对磁悬浮轴承高速电主轴转子的动力学分析,得到法向磨削力与电主轴转子位移的两阶导数和转子受到的电磁力的关系。转子的位移数据可由磁悬浮轴承电主轴中的位移传感器的输出得到。为了精确求取电磁力,气隙磁通密度采用图解法求出,消除线性化引入的系统误差;气隙宽度由遍历搜索法标定,消除系统加工装配误差对电磁力测量带来的影响;引入修正系数对由漏磁、磁滞和边缘效应带来的测量误差进行补偿,修正系数由三层神经网络动态实时求出。通过静态和动态试验对电磁力和动态磨削力的检测结果进行验证,试验结果证明基于磁悬浮轴承高速电主轴的法向磨削力检测方法的有效性和准确性。     

基于双轴 TMR 电磁传感器的裂纹检测方法研究

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B_x、B_y畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15 mm×0.2 mm、深度大于3 mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。     

永磁同步直线电机霍尔位置检测传感器的优化

针对采用线性霍尔元件检测直线电机动子的磁场进而通过磁场信息来解算电机位置的方法,通过介绍双霍尔传感器位置检测的原理,分析由安装误差造成解算位置偏差的机理。提出采用三轴霍尔传感器代替线性霍尔传感器的方法,实现霍尔线性影响因素的误差补偿。为了降低非线性干扰造成的位置解算误差,提出了模糊-神经建模方法来实现传感器的离线标定,最后通过仿真和实验证明了所提传感器误差补偿方法的有效性。     

基于人工神经网络的数字式涡流传感器建模方法

为了解决数字式涡流传感器的非线性问题,介绍了利用函数连接型神经网络进行建模的原理以及神经网络权值调整的算法。从实测数据出发,建立了数字式涡流传感器的数学模型。结果表明,这种模型误差小、精度高、有良好的鲁棒性以及可在线标定等优点,比最小二乘法更具有实际意义,在测控系统中有广泛的应用前景。