參與評論

評論

登錄后參與評論

全部評論(1條)

• 

  BCH674 2006-12-21 00:00:00

  基于分布磁場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試水平，介紹一種可用于電磁鐵位移時間特性測試的新型位移傳感器，從試制結果看利用分布磁場-霍耳效應來制作位移傳感器是可行的。 關鍵詞 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 現代飛機的控制系統(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。電磁鐵的設計、研究工作中，需要對其動態(tài)參數進行測量。這種測量的難點之一在于位移的測量，從位移和時間的關系可以得到速度和加速度等參數。位移測量的關鍵在于位移傳感器的研制工作。 位移傳感器種類繁多，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，會影響壽命和靈敏度。電感式工作穩(wěn)定，但動態(tài)頻率響應低。光電式頻響好，但是價格高，受環(huán)境影響大，油污、灰塵會使光柵阻塞。而且光柵也不能直接測位移，它的輸出是一系列脈沖信號，由這些信號直接測得的是運動部件經過兩個相鄰光柵時的平均速度，位移時間特性是在此基礎上推算得到的。因此，難以得到電磁鐵動態(tài)過程中的Z大速度、加速度等參數。 為了提高電磁鐵的測試水平，在現有的基礎上，研制一種專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間特性測試的新型位移傳感器。 2 分布磁場位移傳感器的原理 給霍耳片加一個恒定的控制電流，讓它在一個平行的梯度磁場中移動時，其輸出電壓將是隨位移線性變化的。把霍耳片和運動部件相連，霍耳電壓可以準確地反應位移的變化，采用圖1所示的結構可以實現位移的測量。霍耳效應的頻率響應比較高，完全可以滿足電磁鐵動態(tài)特性的測試要求。 圖1 分布磁場位移傳感器示意圖 顯然，由圖1可以推斷，磁場梯度越大，傳感器靈敏度越高;磁場梯度越均勻，傳感器的線性度越好。具體實現中，可以采用線圈形成梯度磁場，結構如圖2所示。當線圈采用細導線繞制時，磁場梯度是很均勻的。當兩個線圈及導磁體完全一致時，線圈間的磁場沿x方向的變化為: 式中 f——單位長度線圈磁動勢 Hx——導磁體在x處的磁場強度 g——導磁體間的比磁導 b——導磁體的寬度 當線圈均勻、材料的導磁率較高，并且線圈間的距離較小時，dB/dx近似為常數，即線圈間磁場近似為線性梯度磁場。 根據上式，要提高梯度磁場的線性，可以從下面幾個方面來考慮:導磁體選用磁導率高的材料，以使導磁體的磁場強度Hx盡可能小，從而使傳感器的靈敏度提高;盡量使兩導磁體相互平行，并使其間距盡可能小，從而保證兩導磁體間的比磁導g等于常數;線圈盡量采用較細的導線，纏繞盡量細密均勻，并且盡可能保持兩線圈及導磁體形狀完全一致，從而保證單位長度線圈磁動勢f等于常數。 圖2 梯度磁場產生示意圖 3 霍耳元件的補償電路 霍耳元件用半導體材料制成，環(huán)境溫度對它有一定的影響。為減少這種影響，提高測量精度，應采用恒流源供電。 控制電流為額定值、作用磁場為零時，由于半導體材料的不均勻、霍耳電極安裝的位置不正確或者控制電極接觸不良，會造成控制電流分布不均勻，導致霍耳元件的輸出端出現一個電動勢，此電動勢就是不等位電動勢。它會給測試帶來不便。在使用中，可以采用圖3所示的電路，來補償不等位電動勢。在控制電流為額定值、作用磁場為零時，調節(jié)電位器RP，可以使元件輸出為零。 圖3 不等位電動勢的補償 4 傳感器特性測試 該傳感器在安裝過程中，為避免磁短路，裝配所用螺釘選用銅質，墊塊、固定選用鋁質材料，以使磁通主要集中在導磁體內部。連接霍耳元件的活動桿采用酚醛塑料材質，以避免運動過程中產生渦流。 在實驗室對此傳感器進行了初步的特性測試，情況如下: (1)測試條件，線圈和霍耳元件均采用恒流源供電。線圈的勵磁電流為0.3A，霍耳元件的控制電流為20mA。 (2)調節(jié)圖3中的電位器RP，使霍耳片在傳感器一端時，輸出為零，從而使雙極性輸出變?yōu)閱螛O性輸出。 (3)測試時，將活動桿與游標卡尺相連，移動活動桿，在卡尺上讀取數據，在三位半的萬用表上讀取電壓值。所采用的霍耳片N-3501U內部已經有放大器，因此，可以采用萬用表直接讀取電壓值，連測三次，結果如表所示。 表 霍耳位移傳感器測試數據 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 論 從試制來看，利用分布磁場-霍耳效應來制作位移傳感器是可行的。 從測試結果來看，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的不均勻造成的;同時，線性梯度磁場勵磁線圈繞制的不均勻也會影響傳感器的精度。 該位移傳感器位移長度可以不受限制，用于實際測試時，可以選擇傳感器中部線性特性較好的一段來進行電磁鐵位移時間特性的測試。 ZG航空基礎科研基金資助項目。 作者單位：北京航空航天大學 100081

  贊(12)

  回復(0)

  評論

  評論

  登錄后參與評論