磁悬浮轴承电容式位移传感器研究

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传感器作为磁悬浮轴承控制系统的反馈环节,在很大程度上决定了控制系统的性能。目前在磁悬浮轴承上多采用电涡流位移传感器,而电容式位移传感器由于分布电容的影响,且悬浮转子难以作为传感器的一个极板,因此应用相对较少。电容传感器的分辨率高并且动态响应速度快,本文主要针对电容式位移传感器在磁悬浮轴承上的应用进行研究,结合磁悬浮轴承的工作特点,设计一套适用于悬浮转子的电容传感器位移检测方案。本文在传统平行板电容传感器基础上进行改进,提出采用平面式电容传感器进行位移检测。对平面式电容传感器模型进行简化,对模型中的电容进行数值仿真,得到传感器电容-位移关系曲线;运用有限元仿真软件对传感器的电场分布进行仿真并研究电容位移关系,结果和数值仿真结果基本一致,说明本文所建立的传感器简化模型能够在一定程度上反映真实情况。设计平面式电容传感器检测电路,其中主要包括了信号发生单元,前级调制电路,解调电路以及差分放大电路。在此基础上分析系统总体的传递函数,设计传感器线性化模块,使检测电路输出电压与位移成线性关系。设计并制作了相关的实验平台,对传感器进行静态标定、动态标定以及抗干扰实验,研究了电极间距以及差动总距离对传感器性能的影响。最后在没有采用差动结构的情况下进行线性化实验,结果表明,加入线性化模块后,单个传感器的线性度为±1.1%,线性范围为900μm,在同等的线性度下,线性范围是不加线性化模块时的3倍。
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