平面電感式直線位移檢測敏感元件的研發(fā).pdf

1、平面電感式直線位移傳感器的設(shè)計(jì)靈感來源于電渦流傳感器和感應(yīng)同步器。電渦流傳感器受探頭內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)限制，只能測量與探頭平面垂直的距離，不能測量水平距離。感應(yīng)同步器雖然能測量兩個(gè)模塊的相對位移，但在兩個(gè)模塊上都需要布置繞線，這種結(jié)構(gòu)使得感應(yīng)同步器的應(yīng)用場合受到限制。平面電感式直線位移傳感器巧妙的克服了兩者的不足，它的激勵(lì)線圈和接收線圈都在同一塊PCB板（定尺）上，被測位移對象是一塊金屬體，可以鑲嵌在某物件上，也可以是某物件的一部分。被測金屬

2、塊在交變磁場中受渦流效應(yīng)影響，在其表面上產(chǎn)生渦電流，由楞次定律可知，渦電流激發(fā)的新磁場與原磁場的方向相反，定尺平面串聯(lián)反接的接收線圈通過電磁感應(yīng)效應(yīng)，在不同區(qū)域的疊加磁場下產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，由此測量滑片的水平位移。
　　本文主要研究平面電感式直線位移傳感器敏感元件的工作原理、設(shè)計(jì)方法、仿真過程及對比實(shí)驗(yàn)。
　　文中建立了激勵(lì)線圈理論模型，對矩形激勵(lì)線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式做了推導(dǎo)，得到求矩形激勵(lì)線圈周邊任意一點(diǎn)Z軸方向場強(qiáng)Bz

3、的計(jì)算公式，進(jìn)而對理論模型計(jì)算電感值做了討論。在接收線圈的理論建模中，通過磁鏈的變化，分析了接收線圈在耦合電磁場中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢的因素，為接收線圈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
　　文中使用ANSYS Maxwell軟件對理論建模進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，矩形激勵(lì)線圈仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果一致，都得到了沿矩形對稱分布的網(wǎng)兜形狀的磁場。定尺與滑片的電磁耦合仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了理論設(shè)計(jì)的可行性。在滑片的下方出現(xiàn)了磁場強(qiáng)度幅值階梯，使得接收線圈上產(chǎn)生的

4、感生電動(dòng)勢峰峰值隨幅值階梯的位置變化而變化。
　　文中設(shè)計(jì)了用于對比實(shí)驗(yàn)的定尺和滑片，并搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)。在調(diào)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)過程中，加入了低通濾波器，對低通濾波器的頻率特性進(jìn)行檢測后，確定在定尺和滑片的電磁耦合實(shí)驗(yàn)中采用3.6MHz作為激勵(lì)信號(hào)的頻率。
　　通過定尺與滑片電磁耦合實(shí)驗(yàn)得知，滑片與定尺垂直距離越遠(yuǎn)，接收電壓幅值越小，兩者呈線性關(guān)系。激勵(lì)信號(hào)幅值越大，接收電壓幅值越大，兩者同樣呈線性關(guān)系。在水平位移實(shí)驗(yàn)完成后，根據(jù)每組實(shí)驗(yàn)數(shù)