[發明專利]一種基于黑盒的RVDT設計方法

有效

• 申請號: 201410508195.0
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN105444663B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 杜永良
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司西安飛機設計研究所
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01D5/14;H01F38/18
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 郭平

本發明屬于電子信息技術領域，涉及一種基于黑盒的RVDT設計方法。本發明的設計方法不需要測定設計的RVDT殼體、定子以及項圈導線的相關特性參數，包括氣隙厚度、空氣導磁系數，同時也不需要計算給定電壓下特定圈數初級線圈的電流密度，借鑒了黑盒子的測試方法，對這些參數在設計中由于進行了約化，從而簡化RVDT的設計。

技術領域

本發明屬于電子信息技術領域，涉及一種基于黑盒的RVDT設計方法。

背景技術

能夠測量角位移的傳感器有感應同步器、光柵、磁柵、激光傳感器以及旋轉可變差動變壓器式角位移傳感器(RVDT)等。其中，RVDT是在工業中應用最多的一種。與其它傳感器相比，RVDT有以下優點：采用非接觸結構，具有無觸點、無噪聲、高靈敏度、高重復性、高可靠性、無限分辨率、理論無限壽命、高頻響應性好。由于其環境適用性強，在航空電控領域，RVDT的應用范圍及功能越來越廣泛，諸如發動機進油活門位置、舵面位移、控制桿指令、電磁閥開度等。

RVDT的結構與工作原理

RVDT由定子組件和轉子組件組成。定子組件包括定子鐵芯和繞組兩部分。定子鐵芯一般由導磁性能良好的軟磁材料沖片疊成，其圓周上均勻分布4n個凸極(n為正整數)。凸極上錯位嵌有2n個一次線圈和2n個二次線圈，且相鄰的一次或二次線圈的線圈繞線方向相反。目前應用最多的為4極、8極、12極及16極，隨著極數增多，其線性角度范圍減小。飛機各系統常用為4極(n＝1)RVDT，其理論最大線性角度范圍可達到±40°。

4極RVDT原理見圖1、圖2所示。在4個凸極上分別嵌繞四只一次線圈N11、N12、N13、N14串聯后構成一次側線圈，當供以交流勵磁電壓U時，定子各凸極上產生的磁通為φ₁、φ₂、φ₃、φ₄，其瞬時方向如圖1中箭頭所示。由于鐵芯中存在變化的磁場，在4只二次線圈N21、N22、N23、N24中將產生感應電動勢，二次線圈的接法應保證e21、e23同相、并與e22、e24反相。這樣，輸出電壓為及和值電壓為

U_o＝(e₂₂+e₂₄)-(e₂₁+e₂₃) (1)

U_sum＝(e₂₂+e₂₄)+(e₂₁+e₂₃)

設δ為定子極掌與轉子極端面之間的氣隙厚度；S_a、S_b為定子極掌與轉子極端面覆蓋表面積；r為轉子半徑；α為轉子轉角，單位為rad(弧度)；h為定子鐵芯的有效寬度；2θ為定子磁極的角度，單位為rad(弧度)；μ₀為空氣導磁系數?，F對以下條件做以假設：

(1)定子及轉子結構幾何狀態對稱、繞組匝數對稱；

(2)定子及轉子鐵芯磁極工作位于鐵芯磁化曲線的線性段，材料的初始導磁率很高；

(3)忽略鐵芯磁阻、忽略負載的大小和性質、忽略漏電抗和鐵損。

則磁路的磁阻完全為氣隙磁阻，為：

R_δ1＝R_δ3＝δ/μ₀S_a＝δ/(μ₀r(θ-α)h) (2)

R_δ2＝R_δ4＝δ/μ₀S_b＝δ/(μ₀r(θ+α)h) (3)

由于4只極上一次線圈的匝數均相等，即N11＝N12＝N13＝N14＝N1，流過的電流相等，均為I1，所以磁動勢也相等，即