一種基于黑盒的rvdt設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于黑盒的RVDT設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 能夠測(cè)量角位移的傳感器有感應(yīng)同步器、光柵、磁柵、激光傳感器W及旋轉(zhuǎn)可變差 動(dòng)變壓器式角位移傳感器（RVDT)等。其中，RVDT是在工業(yè)中應(yīng)用最多的一種。與其它傳 感器相比，RVDT有W下優(yōu)點(diǎn)：采用非接觸結(jié)構(gòu)，具有無觸點(diǎn)、無噪聲、高靈敏度、高重復(fù)性、 高可靠性、無限分辨率、理論無限壽命、高頻響應(yīng)性好。由于其環(huán)境適用性強(qiáng)，在航空電控領(lǐng) 域，RVDT的應(yīng)用范圍及功能越來越廣泛，諸如發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)油活口位置、駝面位移、控制桿指令、 電磁閥開度等。
[0003]RVDT的結(jié)構(gòu)與工作原理
[0004]RVDT由定子組件和轉(zhuǎn)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(dǎo)磁性能良好的軟磁材料沖片疊成，其圓周上均勻分布4n個(gè)凸極（η為正整數(shù)）。 凸極上錯(cuò)位嵌有化個(gè)一次線圈和化個(gè)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(yīng)用最多的為4極、8極、12極及16極，隨著極數(shù)增多，其線性角度范圍減小。 飛機(jī)各系統(tǒng)常用為4極（η= 1)RVDT，其理論最大線性角度范圍可達(dá)到±40°。
[0005] 4極RVDT原理見圖1、圖2所示。在4個(gè)凸極上分別嵌繞四只一次線圈N1UN12、 N13、N14串聯(lián)后構(gòu)成一次側(cè)線圈，當(dāng)供W交流勵(lì)磁電壓U時(shí)，定子各凸極上產(chǎn)生的磁通為 Φι、φ,、Φ3、Φ4,其瞬時(shí)方向如圖1中箭頭所示。由于鐵芯中存在變化的磁場(chǎng)，在4只二次 線圈Ν21、Ν22、Ν23、Ν24中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，二次線圈的接法應(yīng)保證e21、e23同相、并與 e22、e24反相。送樣，輸出電壓為及和值電壓為
[000引U。= (θ22+θ24) - (Θ21+Θ23) (D
[0007] Usum= (e22+e24) + 知如23)
[0008] 設(shè)δ為定子極掌與轉(zhuǎn)子極端面之間的氣隙厚度；s。、Sb為定子極掌與轉(zhuǎn)子極端面 覆蓋表面積；r為轉(zhuǎn)子半徑；α為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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）；μ。為空氣導(dǎo)磁系數(shù)?，F(xiàn)對(duì)W下條件做W段設(shè)：
[0009] (1)定子及轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)幾何狀態(tài)對(duì)稱、繞組面數(shù)對(duì)稱；
[0010] (2)定子及轉(zhuǎn)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(dǎo)磁率很 商；
[0011] 做忽略鐵芯磁阻、忽略負(fù)載的大小和性質(zhì)、忽略漏電抗和鐵損。
[0012] 則磁路的磁阻完全為氣隙磁阻，為：
[001引 Rsi = Rs3= δ/μ0Sa = δ/(μ0!(日-α )h) 似
[0014] Rs2二Rs4二5/l·!〇Sb二δ/(μ〇；Γ (白+〇)h) 0)
[0015] 由于4只極上一次線圈的面數(shù)均相等，即Nil=N12 =N13 =N14 =Nl，流過的電 流相等，均為II，所W磁動(dòng)勢(shì)也相等，即
[0016]Fmi=Fm2 =Fm2 =Fm2 =NJi (4)
[0017] 可W求出磁通為
[001 引 Φι=Φ3=Fmi/Rsi=IiNiμorh(日-α)/δ 妨
[001引 Φζ=Φ* =Fmi/Rsi=IiNiμorh(日+α)/δ (6)
[0020] 在空載狀態(tài)下，可W求得各二次線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
[00川
（巧
[0022] 式中f為勵(lì)磁電源頻率。
[002引 4只極上二次線圈面數(shù)相等，即N21 =N22 =N23 =N24 =N2,將式巧）、（6) (7) 代入式（1)可得
[0024]U" =831fNiNJiμ〇rhα/δ=Κ·α (8)
[00巧]式中Κ為RVDT的靈敏度，單位為V/rad(伏每弧度），其表達(dá)式為
[0026] K=831fNiNzIiμ〇rh/δ (9)
[0027] 次級(jí)線圈的和值常用作RVDT工作狀態(tài)的監(jiān)控值，表達(dá)式為：
[0028] = (022+624) + (021+623) (10) =83TfNiNzIlμ〇:rh白 /δ=K·白
[002引 RVDT在設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮兩個(gè)電氣參數(shù)，次級(jí)線圈輸出電壓差U。與lU，決定送兩 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的因素較多，主要包括：
[0030] 1)初級(jí)線圈面數(shù)Ni，初級(jí)線圈電流密度Ii;
[0031] 2)次級(jí)線圈面數(shù)N2
[0032] 3)笠氣導(dǎo)磁系數(shù)μ。
[0033] 4)定子鐵芯的有效寬度h，轉(zhuǎn)子半徑r
[0034] 5)定子極掌與轉(zhuǎn)子極端面之間的氣隙厚度δ;
[0035] 送些參數(shù)要么未知，要么不能準(zhǔn)確獲取，送便給RVDT設(shè)計(jì)帶來了一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0036] 本發(fā)明的目的是；提供一種原理簡單、實(shí)用性強(qiáng)的RVDT設(shè)計(jì)方法，在RVDT殼體及 定子一定的情況下，此方法不去要去測(cè)定任何參數(shù)，僅通過一次樣件摸底測(cè)試的方法，便可 設(shè)計(jì)出滿足要求的RVDT傳感器。
[0037] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于黑盒的RVDT設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括W下步 驟：
[0038] 1)根據(jù)要求初步設(shè)計(jì)RVDT摸底樣機(jī)，并首先初步確定初級(jí)線圈面數(shù)N1，次級(jí)線 圈面數(shù)N2,按照初級(jí)線圈跨兩級(jí)連接，次級(jí)線圈分別連接到每對(duì)磁極上來制作RVDT摸底樣 機(jī)，初級(jí)線圈、次級(jí)線圈各線圈間的連接關(guān)系見圖5圖6所示，制作完成后測(cè)量RVDT摸底樣 機(jī)的輸入輸出特性，即；RVDT摸底樣機(jī)最大偏角對(duì)應(yīng)的電壓值U。；
[0039] 。根據(jù)RVDT摸底樣機(jī)最大偏角對(duì)應(yīng)的電壓值U。與最大偏角要求輸出電 壓Uk。來設(shè)計(jì)次級(jí)線圈所需的實(shí)際面數(shù)Νκ2,由于：?。=82liμerhα/δ，所W
，其中，f為勵(lì)磁電源頻率，Ii為初級(jí)線圈電流密度，μ。為空 氣導(dǎo)磁系數(shù)，r為轉(zhuǎn)子半徑，h為定子鐵芯的有效寬度，α為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角，δ為定子極掌與轉(zhuǎn) 子極端面之間的氣隙厚度；
[0040] 3)依據(jù)給定的初級(jí)線圈面數(shù)，次級(jí)線圈面數(shù)，測(cè)量的RVDT摸底樣機(jī)最大偏角對(duì) 應(yīng)的電壓與最大偏角要求輸出電壓計(jì)算出更改次級(jí)線圈面數(shù)后的理論和值電壓U'gum,由于 RVDT摸底樣機(jī)和值電壓U塵=8fNiNzIiμ〇rhΘ/δ，同時(shí)U' 塵=8fNiNR_2liμ〇rhΘ/δ， 所W
[0041] 4)根據(jù)理論和值電壓U' W及要求和值電壓IVsum，計(jì)算和值補(bǔ)償線圈圈數(shù)
初級(jí)線圈、補(bǔ)償線圈各線圈間的連接關(guān)系見圖7圖8所示，補(bǔ)償線 圈面數(shù)可正可負(fù)，若為正，需要補(bǔ)償?shù)暮椭惦妷簽檎担魹樨?fù)，需要補(bǔ)償?shù)暮椭惦妷簽樨?fù) 值，若為零則不需要進(jìn)行和值補(bǔ)償，正負(fù)值時(shí)補(bǔ)償線圈的接線方式分別見圖9、10所示；
[0042] 5)按照初級(jí)線圈面數(shù)Ni，次級(jí)線圈面數(shù)Νκ2,補(bǔ)償線圈面數(shù)成。制作所需RVDT傳 感器。
[0043] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是；不需要測(cè)定設(shè)計(jì)的RVDT殼體、定子W及線圈導(dǎo)線的相關(guān)特性參 數(shù)，包括氣隙厚度、空氣導(dǎo)磁系數(shù)，同時(shí)也不需要計(jì)