高精度磁悬浮位移传感器设计与精度提升

具有高精度的悬浮轴振动测量传感器的设计悬浮轴转动时稍微受到干扰就会产生微小的不稳定的振动，这种振动将影响悬浮轴的正常运动状态，因此，对悬浮轴的振动位移进行无干扰测试极其困难，如果再要求测振传感器灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强，实施起来则更加困难。

目前，在非接触测振传感器的研究方面，主要有电涡流测振传感器和激光传感器。

但是，电涡流测振传感器容易受到附近的电磁干扰和温度的影响，激光传感器成本高，稳定性差。

考虑到电容传感器结构简单、灵敏度高、动态特性好，完全可以满足使用环境，以此为基础，本文设计了具有高精度的悬浮轴振动测量传感器，并在测量过程中实现了振动信号处理的数字化。

1总体设计原理悬浮轴振动测量传感器的设计包括电容传感器的设计、振荡电路的选取、光电编码器的采样、差频计数的实现、单片机智能控制几大部分。

其基本原理是：首先，利用导电介质电容传感器将振动位移的变化转换为电容量的变化，由于电容传感器为振荡电路中的电容元件，因而，电容量的变化会引起振荡器输出频率的变化。

同时，选择另一只电容传感器作为温度补偿传感器，通过振荡器同样得到一个频率信号。

振动信号的采样是由光电编码器的等转角取样实现的，在光电编码器、门电路及单片机硬软件的配合下，将2个高频信号输入差频计数器就能得到固定时间间隔内的计数值，送C8051F020单片机进行存储和处理，得到计数差值并转换成振动位移的大小，实现框图如图1所示。

2传感器的研制2.1测量电路悬浮轴的振动位移测量电路由两部分组成：一方面利用导电介质电容传感器将悬浮轴振动位移的变化转换成电容量的变化；另一方面，利用反射式光电编码器实现悬浮轴转动的等角度采样，保证采样的精度。

2.1.1导电介质电容传感器的设计利用改变电容极板面积S和极板之间距离d的方法，均可以达到改变电容量C的目的。

选用变极距式电容传感器实现对悬浮轴的振动位移测量。

为使传感器能将振动位移的变化转换成相应的电容量变化，使两者成单值函数关系，并保证悬浮轴在转动和受外界干扰时的真实运动状况不发生改变，导电介质传感器以悬浮轴本身作为电容器的动极板，采用温度对材料膨胀系数影响小的铜作为静极板。

高精度位移智能化仪器设计方案篇一：随着科技的发展，高精度位移智能化仪器在各个领域得到广泛应用。

该仪器能够实时准确地测量物体的位移，并将数据进行处理和分析，从而为科研、工程和制造等领域提供重要的参考依据。

本文将介绍一种高精度位移智能化仪器的设计方案，并拓展相关内容。

首先，该仪器的设计需要考虑到精度和稳定性。

在传感器的选择上，应选择具有高分辨率和低误差的传感器。

同时，仪器的结构设计也需要考虑到防震、防干扰等因素，以确保测量结果的准确性和稳定性。

其次，仪器的智能化功能是设计的重要组成部分。

通过引入现代化的数字信号处理技术和人工智能算法，可以对采集到的位移数据进行实时处理和分析。

采用自适应滤波算法和神经网络算法，可以提高数据的精确度和可靠性。

同时，借助于人机交互界面的设计，用户可以方便地操作和控制仪器，从而实现更加高效的工作。

此外，仪器的设计还需要考虑到可靠性和便携性。

应选择耐用的材料和结构，确保仪器在不同环境下的可靠运行。

同时，仪器的体积和重量也应尽量减小，以方便携带和使用。

最后，该仪器的应用前景广阔。

在科研领域，高精度位移智能化仪器可以用于材料力学性能的研究，地震监测等方面。

在工程领域，该仪器可以用于结构健康监测，工艺控制等方面。

在制造领域，该仪器可以用于产品质量检测，自动化生产等方面。

综上所述，高精度位移智能化仪器的设计方案需要兼顾精度、稳定性、智能化功能、可靠性和便携性。

随着科技的不断进步，该仪器的应用前景将会越来越广阔，为各个领域的发展提供强大的支持。

篇二：高精度位移智能化仪器是一种用于测量物体位移的仪器，具有高精度和智能化的特点。

它可以广泛应用于工业生产、科学研究和工程测量等领域。

设计方案中，首先需要选择合适的传感器。

目前常用的位移传感器有光电编码器、激光传感器和压电传感器等。

根据具体应用场景和要求，选择合适的传感器类型，并进行合理布置和安装。

其次，设计高精度的信号采集与处理系统。

为了保证位移测量的精度，需要使用高性能的模数转换器和信号处理芯片，以确保采集到的数据准确无误。

基于PSD高精度激光位移传感器的设计摘要：介绍了PSD器件的工作原理，对基于三角法测量原理的传感器主要结构参数进行了分析，给出了设计的传感器外形。

并设计一种含有多种放大倍数的PSD的检测电路，可实现测量中对环境变化的自适应能力。

最后分析了影响传感器测量精度的各种因素，并讨论了消除的方法。

关键词：高精度位移传感器；位位置敏感器件（PSD）;激光三角法；发大电路Design and Analysis of High Precision Laser Displacement Sensor Based on Position SensitiveDetector(PSD)Abstract：The operating principle of PSD was introduced briefly.Configuration parameters of laser triangulation sensor were analyzed.The PSD detection circuit with a variety of manifications was designed to achieve the ability of self –adapting .Finally, the variou factors of influencing sensor measurement accuracy and elimination methods were analyzed and discussed.Key words: high precision displacement sensor; position sensitive detector(PSD); laser triangulation ；amplification circut目录1 绪论 (4)2 PSD工作原理及特点 (4)3 结构原理及主要参数分析 (6)3.1结构原理 (6)3.2参数β (7)3.3透镜位置参数s/和s (7)3.4 PSD的倾角α的确定 (8)4 PSD检测电路的设计 (8)4.1信号检测与处理系统方案 (9)4.2前置放大电路 (9)4.2.1前置电路 (10)4.2.2 放大器的选择 (12)4.2.3前置放大电路设计 (12)4.3数据采集电路 (13)4.3.1A/D转换器的选择 (13)4.3.2A/D转换器的数据采集 (14)4.3.3 A/D转换器与单片机的接口 (16)4.4 MCU接口电路与计算、控制程序 (16)4.4.1 MCU选择 (16)4.4.2 MCU接口电路 (18)4.4.3 MCU计算与控制程序 (20)4 激光测距传感器应用于工业检测的若干问题 (25)5 影响传感器测量精度的因素及消除方法 (26)6 结论 (27)1 绪论基于PSD的激光位移传感器主要应用在高灵敏度、高精度的位移、角度、同轴度的非接触测量与校准领域。

磁悬浮轴承用位移传感器测量误差
金超武;徐龙祥
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2009(041)005
【摘要】针对磁悬浮轴承用位移传感器,通过Matlab编程仿真,分析了位移传感器的类型、安装方式以及安装位置对传感嚣测量误差的影响.研究结果表明:无论选择什么类型的位移传感嚣,只要传感器形成的检测平面与电磁铁形成的控制平面轴向存在偏差,都将引入测量误差,但传感嚣外置产生的测量误差要小于传感器内置产生的测量误差;电涡流、光电和激光传感器采用差动安装时,可消除传感嚣的测量误差,能真实反映转子的位移量,但电感式传感器由于结构方面的原因,即使采用差动安装还会引入测量误差;位移传感嚣的安装精度也将影响到传感器的测量误差.研究结果为更合理地选用和安装磁悬浮轴承用位移传感器,提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据.
【总页数】7页(P626-632)
【作者】金超武;徐龙祥
【作者单位】南京航空航天大学机电学院,南京,210016;南京航空航天大学机电学院,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TP212
【相关文献】
1.基于自适应滤波的主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别 [J], 崔东辉;徐龙祥
2.主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别 [J], 崔东辉;徐龙祥
3.基于小波变换的磁悬浮轴承冗余位移传感器故障诊断方法 [J], 胡俊;胡业发;程鑫;宋劭;陈强
4.采用三余度控制的磁悬浮轴承径向位移传感器组件及其控制方法 [J],
5.差动变压器式位移传感器及其在磁悬浮轴承中的应用 [J], 金超武;徐龙祥
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利用传感器构建磁悬浮轴承位移检测系统摘要：位移信号传感器作为磁悬浮轴承系统的一个反馈回路，用来检测转子的位移信号，并将该信号传送给控制器，作为控制器进行控制和调节的参考信号，位移传感器工作性能的好坏将决定着整个控制系统能否正常工作。

本文将根据磁悬浮轴承系统的特点，利用几种已学传感器讨论并构建磁轴承位移检测系统。

0 引言磁悬浮轴承是利用磁力作用将转子悬浮于空间、使转子与定子之间实现无摩擦支承的一种新型高性能轴承。

磁悬浮轴承明显的特点在于没有机械接触，不需要传力介质，而且其支承力可控。

由此而具有传统轴承无法比拟的优越性能：由于没有机械摩擦和磨损，所以降低了工作能耗和噪声，延长了使用寿命；动力损失小，便于应用在高速运转场合；由于不需要润滑和密封系统，排除了污染，可应用于真空超净，腐蚀性介质以及极端温度和压力等特殊工作环境。

在航空航天，交通运输等多个工业领域有着广泛的应用前景。

位移传感器是磁悬浮轴承系统的重要组成部分，其类型、结构以及安装位置都直接影响检测信号的精度和磁悬浮轴承的性能。

磁悬浮轴承对传感器的要求有：能实现非接触测量；能真实反映出转子中心的位移变化；具有很高的灵敏度、信噪比、线性度、温度稳定性、抗干扰能力及精确的重复性，同时还要有一定的频率响应范围。

目前,磁悬浮轴承系统中所采用位置检测传感器主要有涡流传感器和电感传感器。

1 涡流传感器1.1 涡流传感器工作原理涡流传感器作为磁悬浮转子系统的位移检测部分，具有结构简单、适用性强，不受油污等介质的影响等优点。

根据电磁感应原理，当导体处于交变磁场内，由于通过导体的磁通量发生变化，导体内部会产生响应的感生电流，这种电流在趋肤效应的基础上一般都集中在导体表面并自行闭合，通常称为电涡流。

涡流传感器是基于导体的电涡流效应制成的。

涡流位移传感器原理图如图1所示。

图1中,C为并联谐振电容；L为传感器线圈；φ1为传感器线圈产生的交变磁场；φ2为导体内电涡流产生的交变磁场；d为线圈与被测导体之间的距离；h为导体内电涡流的深度；M为线圈与被测导体之间的互感。

文章编号:1671-637Ⅹ(2005)0420065203磁悬浮球系统中光电传感器的研究与设计杨锋力,　李群明,　黄明辉,　杨安全(中南大学机电工程学院,湖南长沙　410083)摘 要:　主要针对磁悬浮球系统中非接触式位移检测,依据感光器件的光伏效应原理,阐述了非接触式光电传感器的研究与设计,实现了光电信号测量微位移。

通过磁悬浮球实验研究表明该传感器的精度(0.01mm)和响应速度(<0.1ms)均达到预期要求,从而给出了一种方便、低成本的位移检测方法。

关　键　词:　光电传感器;　硅光电池;　非接触测量;　磁悬浮中图分类号:　TP212.13 文献标识码:　AOn photoelectric sensor in magneticlevitation ball systemY ANG Feng-li,LI Qun-ming,H UANG Ming-hui,Y ANG An-quan(College o f Mechanicl&Electrical Engineering,Central South Univer sity,Changsha,410083,China)Abstract:　The auth ors describe their research and design of ph otoelectric sens or according to a ph otoemission principle of the ph otocell,with which micro2distance measurement is realized in the magnetic levitation ball sys2 tem.The ex periment results sh ow that the precision(0.01mm)and quick response(<0.1ms)of this kind of sens or can meet the preset requirements.Thus a low-cost and convenient way for measuring displacement with2 out contact is provided.K ey Words:　photoelectric sens or;　photocell;　non-contact measurement;　magnetic levitation0　前言传感器技术作为控制实现的必要手段,是其他技术所难以替代的。