高溫磁懸浮軸承若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為21世紀(jì)先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵新技術(shù)之一的多電發(fā)動(dòng)機(jī)具有普通發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，而它的一個(gè)核心關(guān)鍵技術(shù)就是高溫磁懸浮軸承技術(shù)。文中主要對(duì)高溫磁懸浮軸承中的高溫位移傳感器和數(shù)字化電控系統(tǒng)這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 文中成功地研制了能工作在550℃環(huán)境下的差動(dòng)變壓器式位移傳感器，對(duì)工作溫度升高影響差動(dòng)變壓器式位移傳感器性能的機(jī)理和特征以及所采用的溫度補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了研究，解決了由于溫度升高帶來(lái)的位移傳感器靈敏度升高、溫漂和時(shí)漂

2、的技術(shù)難題，通過(guò)在高溫下對(duì)差動(dòng)變壓器式位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定得到高溫下位移傳感器的各項(xiàng)性能，研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度從常溫22℃升高到550℃時(shí)，降低初級(jí)線(xiàn)圈激勵(lì)頻率可使位移傳感器靈敏度隨溫度的增幅降低，激勵(lì)頻率在10kHz時(shí)，位移傳感器靈敏度的增幅為4.2％；當(dāng)位移傳感器靈敏度為20 mV/μm時(shí)，不采用溫度補(bǔ)償技術(shù)時(shí)，位移傳感器的最大溫漂和時(shí)漂分別為344 mV，17 mV，采用溫度補(bǔ)償技術(shù)后，位移傳感器的最大溫漂和時(shí)漂分別為150 mV

3、，10 mV，相當(dāng)于被測(cè)物體只有7.5μm和0.5μm的位移；在550℃時(shí)，測(cè)量范圍在-0.35 mm～+0.35 mm時(shí)，位移傳感器的靈敏度為19.62mV/μm，線(xiàn)性度為0.74％，重復(fù)性為±0.97％，遲滯性±0.40％，截止頻率為800 Hz；將研制的高溫位移傳感器應(yīng)用到單自由度高溫磁懸浮軸承試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了被懸浮物體的穩(wěn)定懸浮。
　　 針對(duì)高溫磁懸浮軸承中被測(cè)物體被一層金屬隔層完全封閉的應(yīng)用場(chǎng)合，文中建立了帶有金屬隔層的

4、差動(dòng)變壓器式位移傳感器的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了金屬隔層材料的磁性能與電性能對(duì)傳感器性能影響的理論計(jì)算公式，采用MATLAB和ANSOFT分別對(duì)無(wú)和有金屬隔層這兩種情況下傳感器的性能進(jìn)行了仿真研究，并將有金屬隔層的差動(dòng)變壓器式位移傳感器應(yīng)用到一個(gè)五自由度磁懸浮軸承試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明：當(dāng)傳感器初級(jí)線(xiàn)圈激勵(lì)頻率為10 kHz，在離差動(dòng)變壓器式位移傳感器鐵芯0.15 mm處加入0.15 mm厚的黃銅，位移傳感器靈敏度下降了8.18％

5、，但線(xiàn)性度提高了38.7％，同時(shí)位移傳感器的截止頻率降低了5％；在差動(dòng)變壓器式位移傳感器與轉(zhuǎn)子之間加入0.15 mm厚的黃銅，五自由度磁懸浮軸承試驗(yàn)臺(tái)仍然能實(shí)現(xiàn)磁懸浮轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮和高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30000 r/min。
　　 文中分析了用于磁懸浮軸承的位移傳感器所產(chǎn)生的測(cè)量誤差對(duì)磁懸浮軸承工作性能的影響機(jī)理及特征，推導(dǎo)了差動(dòng)變壓器式位移傳感器和電渦流傳感器的測(cè)量誤差與傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，安裝方式和安裝位置之間的理論關(guān)系，該研究

6、為高溫磁懸浮軸承用位移傳感器的設(shè)計(jì)和安裝奠定了一定理論基礎(chǔ)。
　　 針對(duì)磁懸浮軸承電控系統(tǒng)中的位移傳感器處理電路，提出了用數(shù)字同步解調(diào)、Costas環(huán)和FFT變換法的思想，采用FPGA芯片以軟件的形式實(shí)現(xiàn)了處理電路的硬件功能，運(yùn)用MATLAB對(duì)三種信號(hào)處理方法進(jìn)行了仿真研究并在位移傳感器靜態(tài)標(biāo)定專(zhuān)用裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到三種處理方法下的差動(dòng)變壓器式位移傳感器的各項(xiàng)性能，研究結(jié)果表明：在位移傳感器性能、所占硬件資源和延時(shí)時(shí)間上