參與評(píng)論

評(píng)論

登錄后參與評(píng)論

全部評(píng)論(1條)

• 

  想你的愛(ài)筱m 2008-07-05 00:00:00

  勵(lì):電圈通電后所產(chǎn)生磁場(chǎng)的過(guò)程.電壓，電源的壓降.電流，所流過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電荷.頻率，每秒鐘轉(zhuǎn)速. 基于分布磁場(chǎng)的電磁鐵位移傳感器的研究 袁海文 呂洪林 摘 要 為了提高電磁鐵的測(cè)試水平，介紹一種可用于電磁鐵位移時(shí)間特性測(cè)試的新型位移傳感器，從試制結(jié)果看利用分布磁場(chǎng)-霍耳效應(yīng)來(lái)制作位移傳感器是可行的。 關(guān)鍵詞 電磁鐵 傳感器 位移 Study of Electromagnet Displacement Censor Which is Based on Distributed Magnetic Field Yuan Haiwen Lu Honglin (Beijing University of Aeronautics andAstronautics 100081 China) Abstract A new kind of electromagnet displacement censor， which is based on distributed magnetic field， has been introduced in this thesis. Key words electromagnet censor displacement 1 引 言 現(xiàn)代飛機(jī)的控制系統(tǒng)中，源于傳統(tǒng)和可靠性，仍大量地使用油液壓控制器。這樣，就需要各種各樣的電磁閥，電磁閥的核心是電磁鐵。電磁鐵的設(shè)計(jì)、研究工作中，需要對(duì)其動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。這種測(cè)量的難點(diǎn)之一在于位移的測(cè)量，從位移和時(shí)間的關(guān)系可以得到速度和加速度等參數(shù)。位移測(cè)量的關(guān)鍵在于位移傳感器的研制工作。 位移傳感器種類(lèi)繁多，有電位器式、電感式和光電式。但是，電位器式中電刷和元件之間有摩擦，會(huì)影響壽命和靈敏度。電感式工作穩(wěn)定，但動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)低。光電式頻響好，但是價(jià)格高，受環(huán)境影響大，油污、灰塵會(huì)使光柵阻塞。而且光柵也不能直接測(cè)位移，它的輸出是一系列脈沖信號(hào)，由這些信號(hào)直接測(cè)得的是運(yùn)動(dòng)部件經(jīng)過(guò)兩個(gè)相鄰光柵時(shí)的平均速度，位移時(shí)間特性是在此基礎(chǔ)上推算得到的。因此，難以得到電磁鐵動(dòng)態(tài)過(guò)程中的Z大速度、加速度等參數(shù)。 為了提高電磁鐵的測(cè)試水平，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，研制一種專(zhuān)用的新型位移傳感器是十分必要的。本文試制了一種可用于電磁鐵位移時(shí)間特性測(cè)試的新型位移傳感器。 2 分布磁場(chǎng)位移傳感器的原理 給霍耳片加一個(gè)恒定的控制電流，讓它在一個(gè)平行的梯度磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，其輸出電壓將是隨位移線(xiàn)性變化的。把霍耳片和運(yùn)動(dòng)部件相連，霍耳電壓可以準(zhǔn)確地反應(yīng)位移的變化，采用圖1所示的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量?；舳?yīng)的頻率響應(yīng)比較高，完全可以滿(mǎn)足電磁鐵動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試要求。 圖1 分布磁場(chǎng)位移傳感器示意圖 顯然，由圖1可以推斷，磁場(chǎng)梯度越大，傳感器靈敏度越高;磁場(chǎng)梯度越均勻，傳感器的線(xiàn)性度越好。具體實(shí)現(xiàn)中，可以采用線(xiàn)圈形成梯度磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)線(xiàn)圈采用細(xì)導(dǎo)線(xiàn)繞制時(shí)，磁場(chǎng)梯度是很均勻的。當(dāng)兩個(gè)線(xiàn)圈及導(dǎo)磁體完全一致時(shí)，線(xiàn)圈間的磁場(chǎng)沿x方向的變化為: 式中 f——單位長(zhǎng)度線(xiàn)圈磁動(dòng)勢(shì) Hx——導(dǎo)磁體在x處的磁場(chǎng)強(qiáng)度 g——導(dǎo)磁體間的比磁導(dǎo) b——導(dǎo)磁體的寬度 當(dāng)線(xiàn)圈均勻、材料的導(dǎo)磁率較高，并且線(xiàn)圈間的距離較小時(shí)，dB/dx近似為常數(shù)，即線(xiàn)圈間磁場(chǎng)近似為線(xiàn)性梯度磁場(chǎng)。 根據(jù)上式，要提高梯度磁場(chǎng)的線(xiàn)性，可以從下面幾個(gè)方面來(lái)考慮:導(dǎo)磁體選用磁導(dǎo)率高的材料，以使導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hx盡可能小，從而使傳感器的靈敏度提高;盡量使兩導(dǎo)磁體相互平行，并使其間距盡可能小，從而保證兩導(dǎo)磁體間的比磁導(dǎo)g等于常數(shù);線(xiàn)圈盡量采用較細(xì)的導(dǎo)線(xiàn)，纏繞盡量細(xì)密均勻，并且盡可能保持兩線(xiàn)圈及導(dǎo)磁體形狀完全一致，從而保證單位長(zhǎng)度線(xiàn)圈磁動(dòng)勢(shì)f等于常數(shù)。 圖2 梯度磁場(chǎng)產(chǎn)生示意圖 3 霍耳元件的補(bǔ)償電路 霍耳元件用半導(dǎo)體材料制成，環(huán)境溫度對(duì)它有一定的影響。為減少這種影響，提高測(cè)量精度，應(yīng)采用恒流源供電。 控制電流為額定值、作用磁場(chǎng)為零時(shí)，由于半導(dǎo)體材料的不均勻、霍耳電極安裝的位置不正確或者控制電極接觸不良，會(huì)造成控制電流分布不均勻，導(dǎo)致霍耳元件的輸出端出現(xiàn)一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，此電動(dòng)勢(shì)就是不等位電動(dòng)勢(shì)。它會(huì)給測(cè)試帶來(lái)不便。在使用中，可以采用圖3所示的電路，來(lái)補(bǔ)償不等位電動(dòng)勢(shì)。在控制電流為額定值、作用磁場(chǎng)為零時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP，可以使元件輸出為零。 圖3 不等位電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償 4 傳感器特性測(cè)試 該傳感器在安裝過(guò)程中，為避免磁短路，裝配所用螺釘選用銅質(zhì)，墊塊、固定選用鋁質(zhì)材料，以使磁通主要集中在導(dǎo)磁體內(nèi)部。連接霍耳元件的活動(dòng)桿采用酚醛塑料材質(zhì)，以避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生渦流。 在實(shí)驗(yàn)室對(duì)此傳感器進(jìn)行了初步的特性測(cè)試，情況如下: (1)測(cè)試條件，線(xiàn)圈和霍耳元件均采用恒流源供電。線(xiàn)圈的勵(lì)磁電流為0.3A，霍耳元件的控制電流為20mA。 (2)調(diào)節(jié)圖3中的電位器RP，使霍耳片在傳感器一端時(shí)，輸出為零，從而使雙極性輸出變?yōu)閱螛O性輸出。 (3)測(cè)試時(shí)，將活動(dòng)桿與游標(biāo)卡尺相連，移動(dòng)活動(dòng)桿，在卡尺上讀取數(shù)據(jù)，在三位半的萬(wàn)用表上讀取電壓值。所采用的霍耳片N-3501U內(nèi)部已經(jīng)有放大器，因此，可以采用萬(wàn)用表直接讀取電壓值，連測(cè)三次，結(jié)果如表所示。 表 霍耳位移傳感器測(cè)試數(shù)據(jù) 位移 霍耳電壓輸出/mV 位移 霍耳電壓輸出/mV /mm 1 2 3 /mm 1 2 3 0 8 9 6 10 75 74 75 2 15 14 16 12 90 90 91 4 29 28 30 14 106 105 106 6 44 44 45 16 121 122 121 8 60 59 60 18 129 129 128 5 結(jié) 論 從試制來(lái)看，利用分布磁場(chǎng)-霍耳效應(yīng)來(lái)制作位移傳感器是可行的。 從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，位移特性中間段較好，而兩端稍差一些，這主要是由于端部磁場(chǎng)的不均勻造成的;同時(shí)，線(xiàn)性梯度磁場(chǎng)勵(lì)磁線(xiàn)圈繞制的不均勻也會(huì)影響傳感器的精度。 該位移傳感器位移長(zhǎng)度可以不受限制，用于實(shí)際測(cè)試時(shí)，可以選擇傳感器中部線(xiàn)性特性較好的一段來(lái)進(jìn)行電磁鐵位移時(shí)間特性的測(cè)試。 ZG航空基礎(chǔ)科研基金資助項(xiàng)目。 作者單位：北京航空航天大學(xué) 100081 參考資料：王寶齡.電磁電器設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1989 一， 電阻電路的疊加原理 設(shè)某一支路的電流或電壓的響應(yīng)為 y（t）， 分布于電路中的的n個(gè)激勵(lì)為 ，各個(gè)激勵(lì)的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)為 ， 則 y(t)= 注：對(duì)給定的電阻電路，若 為常數(shù)，則體現(xiàn)出響應(yīng)和激勵(lì)的比例性和齊次性。 例：求下圖中的電壓 解: 當(dāng)只有電壓源作用時(shí)，電流源視為開(kāi)路， =0. 2 =1A ∴ =2V-3V=-1V 當(dāng)只有電流源作用時(shí)，電壓源視為短路 4W的電阻被短路， =0 ∴受控源相當(dāng)于斷路 ∴ =9 ∴ = + =8V 二， 正弦穩(wěn)態(tài)電路下的疊加原理 正弦穩(wěn)態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)函數(shù) H(jw)=|H(jw)| (1) 若各正弦激勵(lì)均為同一頻率，則可根據(jù)同一向量模型進(jìn)行計(jì)算 例 使用疊加原理求電流 i(t) 已知 (t)=10sin(100t) mA (t)=5cos(100t) V 解： 當(dāng)電流源單獨(dú)作用時(shí)，電壓源視為短路 當(dāng)電壓源單獨(dú)作用時(shí)，電流源視為斷路 兩者疊加 (2) 若各正弦激勵(lì)的頻率不相同，則需根據(jù)各自的向量模型進(jìn)行計(jì)算 例 已知作用于RLC 串聯(lián)電路的電壓為u(t)=[50cos(wt)+25cos(3wt+60)]V，且已知基波頻率是的輸入阻抗為Z(jw)=R+j(wL-1/wC)=[8+j(2-8)] ，求電流i(t)。 解 由輸入阻抗可知 在 時(shí)，R=8 ， L=2 ， 1/ C=8 在3 時(shí)，R=8 ， 3 L=6 ， 1/3 C=8/3 當(dāng) V作用時(shí)， 當(dāng)25cos(3 t+60)V作用時(shí) ∴i =[5cos(wt+36.9)+2.88cos(3wt+37.4)]A 注意：切勿把兩個(gè)電流向量相加，他們是代表不同頻率的正弦的向量，相加后沒(méi)有任何意義。 三， 動(dòng)態(tài)電路時(shí)域分析的疊加原理 初始時(shí)刻 t=0 以后的全響應(yīng)為 全響應(yīng)=零輸入響應(yīng)+零狀態(tài)響應(yīng) 對(duì)于單位階躍響應(yīng) s(t) 和單位沖激響應(yīng) h(t) 他們都是在零狀態(tài)下定義的。如果是非零初始狀態(tài)，疊加上相應(yīng)的零輸入響應(yīng)即得全響應(yīng) 例 輸入為單位階躍電流，已知 ， ，求輸出電壓u(t)。 解 將電路改成如下圖所示，上下兩部分可分別作為一個(gè)一階網(wǎng)絡(luò) RC部分： T=RC=1s 階躍響應(yīng)： 零輸入響應(yīng)： 所以疊加得， 同理，RL部分： 由階躍響應(yīng)和零輸入響應(yīng)疊加得， 所以 四，功率與疊加原理 （1） 功率一般不符合疊加原理 （2） 可運(yùn)用疊加原理的特殊情況 （a） 同頻率的正弦激勵(lì)作用下的穩(wěn)態(tài)電路，求平均功率P 例 對(duì)于單口網(wǎng)絡(luò)N，端口電壓，電流為 求網(wǎng)絡(luò)消耗的平均功率。 解 （b） 不含受控源的線(xiàn)性電阻電路，電壓源組對(duì)電路提供的功率和電流源組對(duì)電路提供的功率等于所有電源對(duì)電路提供的總功率。 例 試由下圖說(shuō)明電壓源和電流源對(duì)電路提供的總功率可以用疊加方法得到。 解 （1） 利用功率疊加 利用節(jié)點(diǎn)電壓法，有 解得： 所以 （2）不利用功率疊加，當(dāng)只有電壓源作用時(shí) 當(dāng)只有電流源作用時(shí)， 所以， 由此可見(jiàn)，兩種計(jì)算方法算得的結(jié)果相同。 但是，此題若改成兩個(gè)電壓源或是兩個(gè)電流源，則不能用疊加的方法計(jì)算。

  贊(3)

  回復(fù)(0)

  評(píng)論

  評(píng)論

  登錄后參與評(píng)論