传感器径向安装检测转子轴向位移的试验

在磁悬浮轴承中,经常采用转子轴向位移轴向检测的方法,但是不能满足某些空间受限场合的应用要求。针对此问题,本试验采用在转子回转表面加工台阶,传感器径向安装在台阶处,研究了不同安装间隙、不同高度台阶、不同转子径向位移情况下对转子轴向位移测量结果的影响。试验结果表明,在传感器线性测量范围内,传感器输出电压与转子轴向位移成正比,利用径向安装传感器对转子轴向位移进行测量的方法是可行的。     

一种离心式心脏泵磁悬浮系统的耦合特性

为实现一种离心式心脏泵的稳定磁悬浮,需研究该心脏泵的耦合特性。文中分析了径向永磁轴承和开关磁阻电机的耦合特性,导出磁悬浮转子径向运动方程以及干扰力与径向位移的传递函数;并根据永磁轴承磁场分布特性,提出一种基于霍尔传感器的磁悬浮转子位移检测方案;最后,分析了径向和轴向位移在霍尔传感器检测结果中的耦合关系,据此给出解耦方法,实现磁悬浮转子位移检测。研究表明,径向永磁轴承和开关磁阻电机混合磁悬浮控制有利于提高控制系统正刚度并降低电磁能耗,基于霍尔传感器的转子位移检测方案能准确描述磁感应强度检测中径向二自由度位移间的耦合关系。     

透平压缩机主轴断裂的监测与诊断

透平压缩机组在运行过程中其转子主轴断裂故障的破坏性非常大。对于传统监测诊断转子裂纹普遍都是监测转子的径向振动信号,但通过多年研究发现,利用轴向电涡流位移传感器采集的轴位移信号中的交流动态振动信号,对于监测诊断某些大型转动设备转子轴的裂纹开裂过程更有效。基于上述发现,提出安装轴向电涡流传感器实现透平压缩机转子轴裂纹发展过程的监测,多次成功案例也证明了该方法的有效性。     

基于霍尔元件的磁悬浮心脏泵转子径向位移检测

为实现人工心脏泵磁悬浮轴承转子位移的精确检测,利用ANSOFT/Maxwell 2D有限元软件,仿真了径向永磁轴承内永磁环位移变化对其空间外某点处磁感应强度的影响特性,得出二者间的数学关系;提出了一种基于霍尔传感器的磁悬浮轴承转子径向2自由度位移检测的方案,通过解耦处理得到径向2自由度位移量求解公式;通过有限元仿真软件验证了该径向位移检测方法的正确性。研究表明:基于霍尔传感器的位移检测方法操作简单,且能准确的检测到径向2自由度位移量。     

电涡流传感器动态响应特性研究

为了提高磁悬浮轴承高频电主轴控制系统中电涡流传感器的动态响应特性,针对恒频调幅式电涡流位移振动传感器,分析了电涡流传感器的基本结构和工作原理,建立了电涡流传感器检测电路数学模型,分析了电涡流传感器动态响应特性与检测线圈谐振回路品质因数 Ｑ 的关系,提出了对电涡流传感器动态响应特性在不影响灵敏度和线性测量范围的情况下进行线性校正的方法,从而使电涡流传感器幅频响应带宽提高一倍甚至几倍以上,相位角的滞后量也可以大大减小,充分满足了对磁悬浮轴承高速转子进行位移和振动的非接触性监测的需要。     

球体曲率变化对涡流传感器灵敏度影响

电涡流传感器的电磁场分布对传感器的灵敏度有重要影响,目前均将被检测体假设为平板导体进行电磁场仿真,并未考虑被测体为球体时其曲率半径对电涡流传感器灵敏度的影响。基于电涡流传感器的原理,利用有限元方法对电涡流传感器检测球体的电磁场分布进行了数值仿真分析,仿真结果与经典的电涡流理论相符,并由此验证模型的正确性。通过对不同曲率的球体进行电磁场仿真,研究分析了球体曲率对传感器灵敏度的影响,理论上为电涡流传感器检测球体零件时的优化设计提供了参考。     

磁轴承用电涡流位移传感器串扰产生及抑制方法研究

针对磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)对位移传感器的特殊性能指标要求,设计了一种五自由度电涡流位移传感器系统,将径向探头和测量电路进行了集成一体化设计,对探头之间串扰产生的原因进行了理论分析,并提出在原有振荡电路上增加调整电容,通过调节调整电容值提高探头之间串扰频率使其无法通过后续滤波的方法抑制串扰,提高了转子的位移检测精度。实验结果表明,实现了转子在0～30000r/min范围内的稳定悬浮,悬浮精度小于20μm,满足了磁悬浮CMG电磁轴承对转子位移高精度检测的需求。     

电涡流传感器谐振测量电路参数的优化选择

为了满足磁悬浮轴承系统高精度的位移检测要求,必须对位移传感器的测量电路参数进行优化设计。文章从电涡流传感器的原理出发,介绍了谐振检测电路的工作原理,分析了谐振检测电路各参数对灵敏度的影响,提出了谐振测量电路参数优化的方法,利用这种参数优化方法来提高电涡流位移检测传感器的灵敏度简单、切实有效。     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

基于单点脉冲宽度法的转子轴向位移径向测量

针对当前转子轴向位移径向测量方法中存在改变轴系结构、传感器安装调试复杂等问题,提出了一种基于单点脉冲宽度变化的转子轴向位移径向测量方法。该方法利用光学色标传感器实时监测粘贴在轴系表面的三角形条码得到轴向位移前后脉冲宽度变化,并结合条码几何尺寸及转子运行参数计算获得转子轴向位移。首先,推导了脉冲宽度法轴向位移测试的基本原理,通过建立考虑轮廓误差的三角形条码轴向位移与脉冲宽度计算模型;其次,分析了条码结构参数及转子工况条件对测试结果的影响规律;最后,通过搭建气浮支撑的精密转子轴承系统测试平台,实验验证该方法的有效性。结果表明:测量误差受条码倾斜角度影响较大,转子直径较大时可以通过增加条码宽度减少条码数量的方法保证测量精度。本方法在不改变轴系结构的条件下,为转子轴向位移的径向监测提供了一种简单易行的新思路。     

基于耦合源误差分析的转子振动信号识别方法

转子振动信号实时监测是保障旋转机械健康运行的关键,转子圆度误差和电涡流位移传感器误差的耦合源误差在以往的研究和振动监测中很少考虑,使得转子振动信号有一定的失真,甚至会引起误判。以实际转子为例,提出了圆度误差测量表达式;测量和分析了两种常用电涡流位移传感器的误差,利用傅里叶拟合方法构建了圆度误差和电涡流位移传感器耦合源误差表达式,建立了耦合源误差与转子振动信号之间的映射关系。提出了点-点法、平均值法与最大值法3种转子振动信号识别方法,3种方法都能有效识别转子振动信号,其中点-点法最精确,识别误差占比约20%;平均值法计算简便,识别误差占比约10%;最大值法偏保守,但可有效避免误判,识别误差占比约32%。     

基于FPGA的调频式电涡流位移传感器

针对解决中低速磁悬浮列车悬浮位移传感器存在的一些问题,设计了一种基于FPGA的调频式电涡流位移传感器。首先,介绍了电涡流测量的基本原理和系统方案的构成;其次,进行了基于FPGA的逻辑设计,在1片FLEX系列芯片上实现了M/T法测频单元、查表法线性化处理、温度补偿以及RS-485通信接口转换等功能;最后,通过实验验证了该传感器方案的可行性,并分析了传感器的各项技术指标。     

高速磁悬浮电动机的混合磁轴承最小电流控制

针对高速磁悬浮电动机位移传感器检测转子位移信号随温度漂移导致磁轴承控制系统稳定性变差,甚至造成系统失稳的问题,在分散PID控制基础上提出了混合磁轴承最小电流控制策略。该方法不受位移传感器检测信号随温度漂移的影响,可保证高速磁悬浮电动机转子的稳定悬浮。试验结果表明,最小电流控制策略能够实现转子的稳定悬浮,抑制了传感器温度漂移对系统稳定性的影响,同时控制电流达到最小。     

磁悬浮分子泵用Hartley涡流传感器

工业领域的磁悬浮分子泵用位移传感器除了要具有良好的静态特性外,还应具有高动态响应特性,同时其体积大小还影响着磁悬浮分子泵的抽速、真空度和压缩比。针对高真空磁悬浮分子泵,提出了一种基于Hartley原理的电涡流位移传感器设计方法,将传感器对称探头接入同一振荡电路作为工作电感。对传感器的动态特性进行了分析,并提出了对其动态响应特性在不影响灵敏度和线性度等静态性能的情况下进行补偿的方法。实验结果表明,在-0.4~0.4mm内,传感器的线性度为±1.17%,灵敏度为9.901mV/μm,分辨率为0.25%,动态响应带宽达到了10.2kHz,两径向四路位移信号测量集成电路板体积仅为π×4~2 cm~2,大大减小了传感器体积,满足了磁悬浮分子泵面向更高抽速和更高真空度的发展需求。     

同一振源驱动多路传感器的电路设计

针对目前磁悬浮转子位移测量时所面临的问题,设计采用了同一振源驱动多路电涡流位移传感器方案,实现对多传感器位移信号进行同步采样。该信号处理电路中包含了高稳振荡源的设计、检波电路的设计、滤波电路的设计以及采样保持电路的设计等。实验表明,该方案信号稳定,效果好。     

差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明：该传感器测试范围在–0.5～＋0.5 mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18 mV/μm,截止频率在800 Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5 μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10 μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30 kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25 μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。     

电涡流法测量涡旋压缩机轴向间隙的可行性试验研究

介绍了电涡流法测量位移的基本原理和性能,设计了静态校正系统,对电涡流位移传感器进行了静态特性测试,并对不同测试材料的输出特性进行了试验对比。用设计的动态测试平台模拟涡旋压缩机中形成轴向间隙的动静盘间的实际运动情况,利用基于虚拟仪器技术的数据采集系统记录数据波形。试验结果表明,电涡流位移传感器静态和动态性能好、灵敏度高、输出信号强,能满足涡旋压缩机轴向间隙小位移量的测量要求,输出波形信号频率能精确反映压缩机的转速变化情况。指出了传感器用于涡旋压缩机实际测量时的安装要点。     

中低速磁悬浮列车电涡流间隙传感器设计

针对中低速磁悬浮列车上使用的电涡流间隙传感器存在的问题,采用ADUC841和FPGA相结合的方式,设计了一种新型的电涡流间隙传感器。FPGA作为频率信号源,实现RS-485接口功能,模拟开关和低通滤波进行同步解调,改进检测线圈,增强抗干扰性。通过实验达到预期效果,验证了方法的可行性和有效性。     

横向磁通径向位移传感器研究

横向磁通传感器是一种对转子径向位移进行测量的新型传感器。与传统的涡流或电感式传感器相比,其凭借独特的探头设计,具有高性价比、高精度、高灵敏度、结构紧凑等优点。通过理论分析,研究了影响该传感器灵敏度的若干因素。建立有限元模型,通过仿真明确了传感器探头设计的要点,总结了设计规律。设计并优化实验电路,搭建实验平台完成了对传感器的性能测试,结果表明该传感器具有良好的灵敏度、线性度和极低的X-Y耦合度。将此传感器成功应用于某主动式磁轴承转子的位移检测,实现了稳定悬浮,并且转速达到了12 000 r/min。     

非接触电感式角位移传感器的设计与校准

本文设计了一种非接触电感式角位移传感器,该传感器由定子和转子组成,其中转子由扇形铜箔获得,定子包含一组激励线圈,一组接收线圈以及后续处理电路。当给激励线圈通入交变电流时,相邻两个接收线圈产生的感应电动势大小相等,方向相反,此时感应电压为0,当转子在接收线圈上方转动时,转子中产生的涡流会导致相邻两个接收线圈感应电压产生不同的变化,经过理论与仿真分析,验证了随着转子的转动,接收线圈中感应电压的幅值呈现正余弦变化。本文编写算法对正余弦信号进行识别与校准,以定位精度为0.000 3°的高精度时栅转台为基准对样机进行测试,结果表明校准完成后,在0°～360°范围内该传感器误差为0.1°,满足实际生产需求,验证了该方案的可行性。