HC—1霍尔测磁仪

在测量磁场的空间分布时,必须借助于霍尔传感器。因为霍尔传感器不仅具有高的灵敏度,而且有好的分辨能力,以及输出电压U_B与磁感应强度B的关系U_B(B)基本上是线性的关系。HC-1霍尔测磁仪用沈阳仪表研究所研制的砷化铟霍尔元件作为测磁的传感元件,为了提高测磁的分辨率,我们用高稳定的直流稳流电源供电,并将霍尔元件置于恒温的探头之中。霍尔输出电压可由数字电压表直接测量。     

直流大电流原位检测

本文提出了一种直流大电流的测量方法。直流电流信号首先经磁路转换成磁场信号,然后经霍尔传感器将磁场信号变换成电压信号后,输出到仪表放大器和单片机进行处理并显示被测电流数值。     

永磁同步直线电机霍尔位置检测传感器的优化

针对采用线性霍尔元件检测直线电机动子的磁场进而通过磁场信息来解算电机位置的方法,通过介绍双霍尔传感器位置检测的原理,分析由安装误差造成解算位置偏差的机理。提出采用三轴霍尔传感器代替线性霍尔传感器的方法,实现霍尔线性影响因素的误差补偿。为了降低非线性干扰造成的位置解算误差,提出了模糊-神经建模方法来实现传感器的离线标定,最后通过仿真和实验证明了所提传感器误差补偿方法的有效性。     

精密减速器角位移测量系统设计

为了实现对精密减速器输入端和输出端角位移的精密测量,建立精密减速器角位移测量系统。对该系统的机械结构、角度测量及标定方法、基于非线性最小二乘法的误差补偿模型进行研究。通过"立式筒状"结构和圆光栅角度传感器"前置"避免了传统检测仪的弱刚度结构和轴系形变对角度测量造成的影响。使用光电自准直仪与24面棱体结合的方式离散标定圆光栅角度传感器的角位移测量误差,研究基于谐波分析的误差补偿方法,对角坐标进行补偿,进一步消除误差。实验结果显示,通过优化检测仪的结构设计,角位移测量精度达到±7″;误差补偿后,角位移最终测量精度达到±2″,满足减速器角位移测量的高精度要求,对类似测角系统也有参考价值。     

一种新型霍尔角度传感器的设计与分析

节气门用角度传感器研究逐渐趋于小型化、智能化以及非接触测量。运用图解法对一种基于霍尔的新型角度传感器结构进行了磁路分析,得到磁体的工作点。运用Maxwell工程电磁场软件对该结构进行了有限元磁场分析,并且作了验证比较。最后通过试验,检验了传感器输入角度与输出电压的线性关系。结果表明:这种结构能较好反映角度变化,适于进一步的应用研究。     

一种新型霍尔角度传感器的设计与分析北大核心CSCD

节气门用角度传感器研究逐渐趋于小型化、智能化以及非接触测量。运用图解法对一种基于霍尔的新型角度传感器结构进行了磁路分析,得到磁体的工作点。运用Maxwell工程电磁场软件对该结构进行了有限元磁场分析,并且作了验证比较。最后通过试验,检验了传感器输入角度与输出电压的线性关系。结果表明:这种结构能较好反映角度变化,适于进一步的应用研究。     

灵巧手中霍尔传感器测角精度的仿真研究

霍尔角度传感器通过检测转动磁铁产生的磁场,对仿人灵巧手指的关节转角进行非接触测量。通过有限元分析方法计算永磁铁周围磁感应强度的空间分布,研究磁铁与传感器的相对安装方位、磁铁与传感器间气隙的大小,以及磁铁的尺寸形状对传感器测角精度的影响,得到应用霍尔传感器与磁铁的选型方案,并指出在一定空间内多对霍尔传感器测角时,非配对磁铁对传感器的干扰不大,在灵巧手各个关节中使用霍尔传感器测量角度的方案可行。     

运用磁场仿真的霍尔测速传感器设计

运用磁场仿真软件Maxwell对霍尔测速传感器进行设计和优化,使传感器能符合两个工作要求:50%的输出信号占空比和尽量大的测量间距。霍尔测速传感器主要工作原理是把周期性变化的磁场强度转化为电压脉冲信号,并通过脉冲数计算获得被测件的旋转速度。仿真系统和实际环境之间的误差通过校正算法进行补偿。仿真系统按照工作原理进行磁感应强度的计算,并由信号输出模块来获得模拟输出信号。     

磁敏角度传感器特性分析

设计了一种基于磁阻效应(AMR)和霍尔效应的角度传感器。论述了传感器的工作原理、电路组成及功能。传感器由磁阻芯片、霍尔芯片、放大以及滤波电路构成。通过旋转圆柱永磁体改变磁阻芯片、霍尔芯片周围磁场,引起传感器输出电压变化,进而测量旋转角度。在传感器结构设计中,对圆柱永磁体进行了磁场有限元分析,对角度传感器进行了试验标定与数据分析。测试结果表明:在0°~360°范围内,重复性误差为0.58%,迟滞误差为0.33%,综合误差为1.82%,达到了实际角度测量的要求。     

基于线性霍尔传感器的阀门位置变送器

为了对阀门位置进行实时监测和控制,采用线性霍尔传感器A1392为测量元件,以MSP430F169单片机作为信号采集、A／D转换、算法运算的元件,且以AD421作为单片机供电及D／A转换元件,完成了线性霍尔变送器的硬件设计,并改进了磁钢的结构,提出了线性霍尔传感器非线性方法的测量方案,实现了对阀门位置信号的无接触实时精确测量。实验结果表明,该霍尔变送器系统能实现对阀门位置值的准确变送。     

Development of the caliper system for a geometry pig based on magnetic field analysis

This paper introduces the development of the caliper system for a geometry PIG (Pipeline Inspection Gauge). The objective of the caliper system is to detect and measure dents, wrinkles, and ovalities affect the pipe structural integrity. The developed caliper system consists of a finger arm, an anisotropic permanent magnet, a back yoke, pins, pinholes and a linear hall effect sensor. The angle displacement of the finger arm is measured by the change of the magnetic field in sensing module. Therefore the sensitivity of the caliper system mainly depends on the magnitude of the magnetic field inside the sensing module. In this research, the ring shaped anisotropic permanent magnet and linear hall effect sensors were used to produce and measure the magnetic field. The structure of the permanent magnet, the back yoke and pinhole positions were optimized that the magnitude of the magnetic field range between a high of 0.1020 Tesla and a low of zero by using three dimensional nonlinear finite element methods. A simulator was fabricated to prove the effectiveness of the developed caliper system and the computational scheme using the finite element method. The experimental results show that the developed caliper system is quite efficient for the geometry PIG with good performance.     

基于应变片阵列的机器人变刚度关节力矩传感器研究

设计了一种新型的机器人关节力矩传感器,主要用于获取关节处的力矩和转角信息,以此来计算关节刚度。传感器是由传递力矩的弹性体、旋转电位计和信号处理电路组成。弹性体通过结构参数的设计与优化来提高灵敏度。信号处理电路一方面用于对旋转电位计的输出电压信号进行滤波,另一方面对由2×2应变片阵列组成的两组全桥电路进行放大和滤波处理。最后,通过对传感器进行加载实验获得力矩、角位移与输出电压的关系,采用最小二乘法对传感器进行静态标定。传感器输出的转角和力矩信息可作为控制系统的调控依据。     

基于平面线圈的高分辨力时栅角位移传感器

针对现有时栅角位移传感器采用漆包线绕制工艺加工线圈,导致线圈布线不均且容易随时间发生变化进而影响测量精度的问题,提出一种基于PCB技术的新型时栅角位移传感器。该传感器通过在PCB基板的不同层上布置特定形状的激励线圈和感应线圈,形成两个完全相同并沿圆周空间正交的传感单元;当在两传感单元的激励线圈中分别通入时间正交的两相激励电流后,通过导磁定子基体和具有特定齿、槽结构的导磁转子对传感单元内的磁场实施精确约束,使两传感单元的感应线圈串联输出初相角随转子转角变化的正弦感应信号;最后通过高频时钟脉冲插补初相角实现精密角位移测量。利用有限元分析软件对传感器进行了建模和仿真。根据仿真模型制作了传感器实物,开展了验证实验,并对实验中角位移测量误差的频次和来源进行了详细分析。经过标定和补偿,最终获得了整周范围内误差在-2.82″~2.02″的时栅角位移传感器。理论推导、仿真分析和实验验证均表明,该传感器不仅能实现精密角位移测量,还能在激励线圈和感应线圈空间极距和信号质量不变的情况下,将位移测量的分辨力从信号源头提高1倍,且结构简单稳定、极易实现,特别适用于环境恶劣的工业现场。     

互补式双层时栅角位移传感器研究

针对当前研制的双层时栅角位移传感器感应信号幅值小、时变磁场的均匀有效面积利用率低等问题,在原有“八”字形半正弦结构的基础上提出了一种双层互补式时栅角位移传感器设计方案。根据双层时栅位移传感器的特点,建立了其空间磁场分布模型,验证了双层时栅角位移传感器的互补式结构在构成行波上的优势;根据激励线圈的磁场分布规律进行建模,得到该参数状态下双层平面激励线圈的间距为0.235 mm。最后进行了有限元仿真分析和实验验证。仿真分析表明：采用互补式结构能有效增大感应信号强度,传感器的短周期误差峰峰值显著降低,能够有效抑制角度误差中的1次谐波和4次谐波。实验数据表明：传感器短周期原始误差为(-13.61″,13.30″),修正后误差为(-3.01″,0.78″);传感器长周期原始误差为(-19.60″,21.96″),修正后误差为(-2.62″,3.30″);相比单层“U”字形结构,1次误差减小了66.3%,4次误差减小了25.3%。     

磁性液体倾斜角传感器的有限元耦合分析

根据一种差动式变压器结构的磁性液体倾斜角传感器工作原理,推导出传感器输出电压与灵敏度公式,并利用ANSYS软件对这种结构的传感器进行电磁-电路的耦合场分析,通过对数值模拟结果进行深入分析以便能为传感器的设计提供指导,并将模拟结果与已公开发表的实验数据进行对比.得出当磁性液体倾斜角传感器的结构参数确定后,传感器的输出电压与转动角度成线性正比关系;且传感器的灵敏度与激励电压的振幅、磁性液体相对磁导率及激励电压频率成正比,但激励电压频率超过一定范围后,传感器灵敏度增加值会逐渐减小,建议激励电压频率最好不超过1.5 kHz.     

基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位移传感器研究

针对前期研制的电磁式直线时栅位移传感器高信噪比和高时间插补分辨力难以兼顾的问题,设计了一种提高传感器信噪 比的新传感器结构,另外提出了一种高信噪比、高时间插补分辨力的测量新方法,并研制了基于气隙磁场分层耦合的直线时栅位 移传感器。 建立传感器气隙磁场数学模型,分析气隙磁场空间分布特性,研究平面线圈气隙磁场分层耦合的原理;根据气隙磁场 分层耦合原理,建立传感器气隙磁场分层耦合位移测量模型;对传感器测量模型进行电磁场仿真和误差分析;最后,搭建实验平台 进行对传感器的性能进行测试。 实验结果表明,采用气隙磁场分层耦合的结构提高了传感器的信噪比,传感器的测量精度在原有 的基础上提高了 31. 4% ;采用的高信噪比和高时间插补分辨力测量方法,传感器的测量精度在原有的基础上提高了 37. 3% 。     

时栅位移传感器在构造场中的耦合特性研究

为了进一步溯源时栅位移传感器磁场耦合过程引起的误差,对时栅位移传感器在构造场中的耦合特性进行研究,并研制了一种基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器。建立传感器工程构造磁场的数学模型,分析传感器耦合间隙对线圈耦合平面磁场分布的影响,研究不同形状平面线圈的耦合特性;根据传感器的耦合特性,构建了一种新型直线时栅位移传感器测量模型,对该模型进行了电磁场有限元仿真和仿真误差分析,得出该结构最佳感应间隙为0.4 mm;对传感器的结构误差进行了溯源分析,进一步优化传感器的结构;搭建实验平台,利用双层PCB绕线工艺加工传感器定尺和动尺,对优化前后的传感器样机开展对比实验。实验结果表明,设计的基于指数形平面线圈结构的新型直线时栅位移传感器可以有效抑制传感器的四次误差,新研制的传感器样机的原始测量精度在原有的基础上提高了45.8%。     

On the modeling of a capacitive angular speed measurement sensor

In the present article, a perceptive capacitive sensor for measuring angular speed of a rotating shaft is proposed. The proposed sensor is capable of measuring rotating shaft angular speed, and its changes. The proposed model’s sensing part is a suspended clamped–clamped micro-beam, which is parallel with two fixed substrates from the upper and lower sides through the micro-beam’s width surface. An electric circuit is used to give out capacitance change as a result of angular speed change, in output voltage. The micro-beam undergoes non-linear electro-static pressure that is induced due to the applied bias DC voltage. The suggested sensor has high sensitivity for a large range of working machines rotating parts angular speed measurement. The governing nonlinear partial differential equation of the transversal motion of the beam is derived and solved by step by step linearization (SSLM) and Galerkin weighted residual methods and the stable region of the sensor is determined. The effects of the applied bias voltage and geometrical properties of the micro-beam on the sensitivity and the range of the measurable angular speed of the sensor are discussed.     

旁路励磁的钢缆索索力传感器磁路分析

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器。用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关。在外力是缓慢变化情况下,可通过求感应积分电压得到外力;从激励磁化方式、参考工作点的选取,传感器的尺寸设计原则等三个方面做了讨论,确定传感器的参数。最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明旁路励磁的传感器磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量。