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摘 要：电感器件绕线张力的大小对电感器件的质量、性能等方面有着直接的影响，但若使用手动调节的方法来实现对电感器绕线张力的大小控制，则存在很大的困难。本文就电感器件绕线张力测控系统进行探索研究，并对其工作原理和基本电路设计进行分析，以期为提高电感器绕线张力大小控制的精确性提供相应的参考。
关键词：电感器件；绕线张力；测控系统
在电感器件的使用过程中，若其张力过大，很有可能导致电感器件的表面出现裂痕，影响电感器件的电感量；若其张力过小或者是绕线不均匀，则会对电感器件的质量产生一定的影响。此外，在电感器件的制作上，绕制线的粗细、绕制的速度等都各有不同，而实现对径细、速度高的线张力手动调整控制则存在很大的困难。因此，研究电感器件绕线张力测控系统，实现电感器件绕线张力的自动调整则成为电子行业的重要课题。
一、电感器件绕线张力测控系统的概述
1、电感器件绕线张力测控系统的基本构成
电感器件绕线张力测控系统主要由以下部分构成：一是绕线机，其采用的电机为无极调速电机，其具有噪音小、传递较为平稳等方面的特点；二是张力传感器，其主要功能是通过传感器来感知电感器件绕线张力的大小；三是张力阻尼器，该构件的电机主要采用直流伺服电机；四是信号放大及驱动电路，其主要功能是用来将张力传感器感知到的张力大小信号进行放大，以对电感器件绕线张力的大小进行判断；五是A/D转换及数码显示。
2、电感器件绕线张力测控系统的工作原理
图1表示为电感器件绕线张力测控系统的工作原理框架图，具体为：当电感器件绕线张力测控系统启动后，调速电动机会在皮带轮转动的动力作用下带动测控系统的绕线机转轴转动；随之，安装在绕线机转轴部位的绕线骨架轮也在动力的作用下开始转动，并带动着一端固定在骨架轮上的绕线转动，匀速将绕线较为均匀的绕制在骨架轮上；在将绕线绕制在骨架轮上的过程中，绕线要经过张力传感器，由张力传感器检测绕线在绕制过程中的张力大小，并将张力大小的信号发送给系统的信号放大器，其将检测出的张力大小信号经放大处理后和张力大小的给定值进行比较，之后将实际张力大小和给定值比较的差值信号经特定的功率放大，以驱动张力调整电机做正转运动或者是反转运动；之后，张力阻尼器根据电机的正反运动来调节自身阻尼的大小，在此过程，绕线的张力随张力阻尼器阻尼的大小而变化，不断调整绕线的张力测定值，直到其与绕线张力的给定值相等位置。这样以来，电感器件绕线张力测控系统就保证了绕线在绕制的过程中张力大小的合理性以及稳定性，有利于维护电感器件的质量以及正常的电感量。
二、电感器件绕线张力测控系统的电路设计
1、张力传感器设计
在电感器件绕线张力测控系统的电路设计过程中，张力传感器的设计主要采用电阻应变式的弹性体结构，示意图表现如图2。
张力传感器中所用的弹性变形体主要采用悬臂梁式的结构设计，并采用康铜作为主要的制作材料，以保持结构具有较好的热稳定性以及重复性。在悬梁上，分别存在有2个应力集中孔，且在弹性体的3个节点上分别安装有具有较好灵活转动性能的走线轮，图中示意的漆包线则由3个走线轮分别穿过。在θ6孔的边沿主要张贴有4片2×2的电阻应力计，并将8片电阻应力计连接成为图3所示的惠斯顿电桥张力测量线路，以便于将悬梁的变形量转换成电信号输出。在电桥供电电源的选择上，一般选择+5V，而经电桥的张力测量信号主要由电桥的A、B两端输出，张力的测量范围一般为0—5N的力，此时张力传感器的灵敏度可以达到0.6mV/N。
2、信号线性放大器设计
当具有一定张力的绕线经过传感器时，传感器在拉力的作用下会输出微弱的电压信号。由于此时的信号较微弱，因此，只有将其进行放大之后才能带动调整电机的转动，而放大信号的设备则为测控系统中的信号线性放大器。
如图4所示，该放大器的主要部件为宽带自稳定第4代运放器，其增益宽带高达2MHz，具有极高的输入抗阻。因此，为了降低传感器对主放大器造成的影响，则采用单运放器作为射极跟随器，以起到提高输入抗阻的作用，缓冲传感器对主放大器的冲击力。
此外，为了提高信号线性放大器的稳定性，将放大器的闭环增益设计为50倍，且由RC串联网络构成，以尽可能的消除由多级相移带来的自激噪声影响。经信号线性放大器放大处理过的信号一般分为两路：一路输入电压比较电路，而另一路则经A/D转换，输入数字显示电路。
3、电压比较电路设计
电压比较线路的设计主要是用来比较由实际绕线绕制过程中产生的张力经传感器馈入后形成的张力信号与电感器件绕线张力测控系统中给定的标准信号。电压比较线路的具体设计如图5所示，其中，比较器选用的运算放大器型号一般为LM106，并通过使用运算放大器LM102来提高输入信号的抗干扰性，并通过使用D2、D3来实现对输入信号的限幅作用，从而将实际的测量信号与系统中给定的标准信号进行比较。在比较信号的输出上，主要由LM106的R7端输出比较结果，主要结果表现为：若测量信号大于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为负电压；若测量信号小于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为正电压；若测量电压等于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为零。随后，由运算放大器输出的信号结果则直接馈入功率驱动电路，以推动伺服电机在不同信号的作用下做出相应的转动。
在此过程中，张力的调整结构主要如图7所示，当LM106的R7输入端输出的结果为负电压时，其中的μA741的6脚则表示为负，此时的T2导通，电机在该电压信号的作用下，就会反向转动；当LM106的R7端输出的信号结果为正电压时，此时的μA741的6脚输出结果则为正，在该电压信号的作用下，T1导通，电机呈现正方向转动；若电机不动，则表示此时的绕线张力已调整到最佳状态，能够保障电感器件的质量。
4、显示电路设计
经放大器放大后的信号主要经A/D转换，输入到显示器中，并显示出来。在A/D转换器的选择上，一般选用低功耗的3位半转换器，ICL7107；而显示器一般选择数码管显示器，主要型号为LA-5031-11。
5、驱动电路及阻尼调节装置设计
如图6所示，测控系统中的驱动电路设计主要由两只大功率管组成，并构成电机的功率推动器。该电路的设计主要用来推动20W的直流伺服电动机进行正常的工作，以通过伺服电动机的转动来带动橡胶轮做上下运动，从而改变加持漆包线的阻尼力，以实现改变漆包线中张力的目的。
三、标定
在该电感器件绕线测控系统设计研究的过程中，主要采用静态的方法进行标定。首先对传感器的零点调节电位器进行调节，使此时的测控系统输出为零；其次，在漆包线的下端按照重量由小到大的顺序不断增加悬挂砝码，从0.1kg一直到0.5kg，其中每个砝码之间的重量差异为0.1kg，与此同时，记录下在不同的砝码重量下放大器输出数码所显示出的读数；随后，在此基础之上不断调节主放大器的增益，一直到当数字显示为0.5kg时，其所对应的力为4.90N，重复该项操作行为，直到放大器输出数码显示的读数在几个测试点的误差为最小为止，数显的精度一般在1%左右。
结语：
综上所述可知，电感器件绕线张力测控系统主要由以上五部分构成，并通过系统的不断自行调整来实现对电感器件绕线张力的精确控制。因此，在电感器件使用的过程中，要注重绕线张力测控系统的研究开发和推广应用，以弥补手动调节电感器件绕线张力的缺陷，保证电感器件的绕线张力能处于较为合理的应力范围内，从而降低其对电感器件的影响，为电感器件的使用质量和正常运行提供坚实的基础。
参考文献
[1]吕金焕，高文华.电感器件绕线张力测控系统[J].电工技术，2005，（11）.
[2]庄丽葵.电感器件绕线张力测控系统研究[J].实验技术与管理，2010（12）.
[3]梁森.自动检测与转换技术.机械工业出版社，2012，（05）.
关键词：电感器件；绕线张力；测控系统
在电感器件的使用过程中，若其张力过大，很有可能导致电感器件的表面出现裂痕，影响电感器件的电感量；若其张力过小或者是绕线不均匀，则会对电感器件的质量产生一定的影响。此外，在电感器件的制作上，绕制线的粗细、绕制的速度等都各有不同，而实现对径细、速度高的线张力手动调整控制则存在很大的困难。因此，研究电感器件绕线张力测控系统，实现电感器件绕线张力的自动调整则成为电子行业的重要课题。
一、电感器件绕线张力测控系统的概述
1、电感器件绕线张力测控系统的基本构成
电感器件绕线张力测控系统主要由以下部分构成：一是绕线机，其采用的电机为无极调速电机，其具有噪音小、传递较为平稳等方面的特点；二是张力传感器，其主要功能是通过传感器来感知电感器件绕线张力的大小；三是张力阻尼器，该构件的电机主要采用直流伺服电机；四是信号放大及驱动电路，其主要功能是用来将张力传感器感知到的张力大小信号进行放大，以对电感器件绕线张力的大小进行判断；五是A/D转换及数码显示。
2、电感器件绕线张力测控系统的工作原理
图1表示为电感器件绕线张力测控系统的工作原理框架图，具体为：当电感器件绕线张力测控系统启动后，调速电动机会在皮带轮转动的动力作用下带动测控系统的绕线机转轴转动；随之，安装在绕线机转轴部位的绕线骨架轮也在动力的作用下开始转动，并带动着一端固定在骨架轮上的绕线转动，匀速将绕线较为均匀的绕制在骨架轮上；在将绕线绕制在骨架轮上的过程中，绕线要经过张力传感器，由张力传感器检测绕线在绕制过程中的张力大小，并将张力大小的信号发送给系统的信号放大器，其将检测出的张力大小信号经放大处理后和张力大小的给定值进行比较，之后将实际张力大小和给定值比较的差值信号经特定的功率放大，以驱动张力调整电机做正转运动或者是反转运动；之后，张力阻尼器根据电机的正反运动来调节自身阻尼的大小，在此过程，绕线的张力随张力阻尼器阻尼的大小而变化，不断调整绕线的张力测定值，直到其与绕线张力的给定值相等位置。这样以来，电感器件绕线张力测控系统就保证了绕线在绕制的过程中张力大小的合理性以及稳定性，有利于维护电感器件的质量以及正常的电感量。
二、电感器件绕线张力测控系统的电路设计
1、张力传感器设计
在电感器件绕线张力测控系统的电路设计过程中，张力传感器的设计主要采用电阻应变式的弹性体结构，示意图表现如图2。
张力传感器中所用的弹性变形体主要采用悬臂梁式的结构设计，并采用康铜作为主要的制作材料，以保持结构具有较好的热稳定性以及重复性。在悬梁上，分别存在有2个应力集中孔，且在弹性体的3个节点上分别安装有具有较好灵活转动性能的走线轮，图中示意的漆包线则由3个走线轮分别穿过。在θ6孔的边沿主要张贴有4片2×2的电阻应力计，并将8片电阻应力计连接成为图3所示的惠斯顿电桥张力测量线路，以便于将悬梁的变形量转换成电信号输出。在电桥供电电源的选择上，一般选择+5V，而经电桥的张力测量信号主要由电桥的A、B两端输出，张力的测量范围一般为0—5N的力，此时张力传感器的灵敏度可以达到0.6mV/N。
2、信号线性放大器设计
当具有一定张力的绕线经过传感器时，传感器在拉力的作用下会输出微弱的电压信号。由于此时的信号较微弱，因此，只有将其进行放大之后才能带动调整电机的转动，而放大信号的设备则为测控系统中的信号线性放大器。
如图4所示，该放大器的主要部件为宽带自稳定第4代运放器，其增益宽带高达2MHz，具有极高的输入抗阻。因此，为了降低传感器对主放大器造成的影响，则采用单运放器作为射极跟随器，以起到提高输入抗阻的作用，缓冲传感器对主放大器的冲击力。
此外，为了提高信号线性放大器的稳定性，将放大器的闭环增益设计为50倍，且由RC串联网络构成，以尽可能的消除由多级相移带来的自激噪声影响。经信号线性放大器放大处理过的信号一般分为两路：一路输入电压比较电路，而另一路则经A/D转换，输入数字显示电路。
3、电压比较电路设计
电压比较线路的设计主要是用来比较由实际绕线绕制过程中产生的张力经传感器馈入后形成的张力信号与电感器件绕线张力测控系统中给定的标准信号。电压比较线路的具体设计如图5所示，其中，比较器选用的运算放大器型号一般为LM106，并通过使用运算放大器LM102来提高输入信号的抗干扰性，并通过使用D2、D3来实现对输入信号的限幅作用，从而将实际的测量信号与系统中给定的标准信号进行比较。在比较信号的输出上，主要由LM106的R7端输出比较结果，主要结果表现为：若测量信号大于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为负电压；若测量信号小于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为正电压；若测量电压等于系统给定的标准信号，则R7端输出的结果为零。随后，由运算放大器输出的信号结果则直接馈入功率驱动电路，以推动伺服电机在不同信号的作用下做出相应的转动。
在此过程中，张力的调整结构主要如图7所示，当LM106的R7输入端输出的结果为负电压时，其中的μA741的6脚则表示为负，此时的T2导通，电机在该电压信号的作用下，就会反向转动；当LM106的R7端输出的信号结果为正电压时，此时的μA741的6脚输出结果则为正，在该电压信号的作用下，T1导通，电机呈现正方向转动；若电机不动，则表示此时的绕线张力已调整到最佳状态，能够保障电感器件的质量。
4、显示电路设计
经放大器放大后的信号主要经A/D转换，输入到显示器中，并显示出来。在A/D转换器的选择上，一般选用低功耗的3位半转换器，ICL7107；而显示器一般选择数码管显示器，主要型号为LA-5031-11。
5、驱动电路及阻尼调节装置设计
如图6所示，测控系统中的驱动电路设计主要由两只大功率管组成，并构成电机的功率推动器。该电路的设计主要用来推动20W的直流伺服电动机进行正常的工作，以通过伺服电动机的转动来带动橡胶轮做上下运动，从而改变加持漆包线的阻尼力，以实现改变漆包线中张力的目的。
三、标定
在该电感器件绕线测控系统设计研究的过程中，主要采用静态的方法进行标定。首先对传感器的零点调节电位器进行调节，使此时的测控系统输出为零；其次，在漆包线的下端按照重量由小到大的顺序不断增加悬挂砝码，从0.1kg一直到0.5kg，其中每个砝码之间的重量差异为0.1kg，与此同时，记录下在不同的砝码重量下放大器输出数码所显示出的读数；随后，在此基础之上不断调节主放大器的增益，一直到当数字显示为0.5kg时，其所对应的力为4.90N，重复该项操作行为，直到放大器输出数码显示的读数在几个测试点的误差为最小为止，数显的精度一般在1%左右。
结语：
综上所述可知，电感器件绕线张力测控系统主要由以上五部分构成，并通过系统的不断自行调整来实现对电感器件绕线张力的精确控制。因此，在电感器件使用的过程中，要注重绕线张力测控系统的研究开发和推广应用，以弥补手动调节电感器件绕线张力的缺陷，保证电感器件的绕线张力能处于较为合理的应力范围内，从而降低其对电感器件的影响，为电感器件的使用质量和正常运行提供坚实的基础。
参考文献
[1]吕金焕，高文华.电感器件绕线张力测控系统[J].电工技术，2005，（11）.
[2]庄丽葵.电感器件绕线张力测控系统研究[J].实验技术与管理，2010（12）.
[3]梁森.自动检测与转换技术.机械工业出版社，2012，（05）.