[發明專利]一種用于磁懸浮軸承系統的自差分電感式位移傳感器

在審

• 申請號: 201710136172.5
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN107014405A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 王坤;張利勝;鄭世強;韓邦成
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01D5/22
• 分類號: G01D5/22
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 姜榮麗

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，具體的，涉及一種電感式位移傳感器，尤其涉及一種用于磁軸承系統的自差分電感式位移傳感器。

背景技術

傳感器是磁軸承系統的重要組成部分，其性能的優劣在很大程度上影響了整個系統的性能。電感式傳感器同其它傳感器相比，主要優點有：工作可靠，壽命長；靈敏度高，分辨率高，能反映0.01um的機械位移，傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每一毫米可達數百毫伏，因此有利于信號的傳輸和放大；精度高，線性特性好，高精度的電感式傳感器非線性誤差可達到0.05％～0.1％；性能穩定，重復性好，在一定的位移范圍，輸出特性的線性度較好，且比較穩定。

傳統的電感式位移傳感器，采用自感原理時，需要在測量電路中加入差分環節以提高系統的精度；當采用互感原理構成差動變壓器式時，整流電路一般較復雜，所用電子元器件多。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種用于磁懸浮軸承系統的自差分電感式位移傳感器，利用自感原理，在結構形式上構成變氣隙式差動結構，提高了系統的精度，減小了測量電路的復雜性。

本發明的一種用于磁懸浮軸承系統的自差分電感式位移傳感器，包括交流勵磁電源電路、傳感器傳感元件和測量電路。所述的交流勵磁電源電路由三角波發生電路和緩沖電路構成；傳感器傳感元件由線圈在上下兩只鐵芯上繞制成變氣隙式差動結構；測量電路包括放大電路、檢波電路和濾波電路。

所述的三角波發生電路產生三角波信號接入緩沖電路，緩沖電路調節三角波的振幅后，通過傳感器傳感元件接入測量電路中的放大電路，所述的放大電路對信號進行三階放大后接入檢波電路，檢波電路中獲得信號的峰峰值接入濾波電路，并通過濾波電路獲得最終的輸出電壓值V_out，提供給磁軸承控制系統。

本發明與現有技術相比，其優點在于：

本發明的傳感器采用電感線圈自感原理，在結構形式上采用變氣隙式差動結構，提高了系統的精度，減小了測量電路的復雜性。

附圖說明

圖1為本發明的電感式位移傳感器的結構框圖。

圖2為本發明采用的三角波發生電路結構圖。

圖3為本發明采用的緩沖電路結構圖。

圖4為本發明采用的電感式傳感元件結構圖。

圖5為本發明的測量電路結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之內。

本發明提供一種用于磁懸浮軸承系統的自差分電感式位移傳感器，如圖1所示，包括交流勵磁電源電路1、傳感器傳感元件2和測量電路3。交流勵磁電源電路1包括三角波發生電路和緩沖電路。測量電路3包括放大電路4、檢波電路5和濾波電路6。所述的三角波發生電路產生三角波信號接入緩沖電路，緩沖電路調節三角波的振幅后，通過傳感器傳感元件2接入測量電路中的放大電路，所述的放大電路對信號進行三階放大后接入檢波電路，檢波電路中獲得信號的峰峰值接入濾波電路，并通過濾波電路獲得最終的輸出電壓值V_out，提供給磁軸承控制系統。

所述的緩沖電路采用BUF634高速緩沖器。

如圖2中所示，三角波發生電路采用美國哈里斯公司生產的ICL8038型單片精密函數波形發生器，采用±12V雙電源供電，通過電阻R1、電阻R2、電容C1和電容C2，改變振蕩頻率。接通電源時，ICL8038芯片第三管腳產生輸出幅度V_p＝V₊/3的三角波，振蕩頻率f為由電阻R1、電阻R2、電容C1和電容C2共同決定。ICL8038芯片第三管腳(ex_detect_1)接圖3中所示緩沖電路中的電阻R6的左端，緩沖電路中的滑動變阻器R8調節三角波的振幅，并通過高速緩沖器BUF634(ex_detect_2)接圖4中所示傳感器傳感元件2的a端，所述傳感器傳感元件2的b端接地。傳感器傳感元件2的輸出信號電壓signal_out接圖5中所示放大電路4中的運算放大器LM148(U5)的正輸入端。放大電路4采用三運放構成的放大電路，通過滑動變阻器R15調節放大電路輸出信號的幅值。由于此時信號依然為三角波，需要用峰值整流電路，提取信號的峰峰值，將轉子位移轉化為與轉子位移成線性的直流電壓。故信號經放大電路4后接入采用峰值整流電路構成的檢波電路5，獲得信號的峰峰值；檢波之后，信號電壓通過濾波電路6濾除高頻干擾信號，獲得最終的輸出電壓值V_out，提供給磁軸承控制系統。

所述的檢波電路5采用峰值整流電路。