[发明专利]一种基于黑盒的RVDT设计方法

说明书

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种基于黑盒的RVDT设计方法。本发明的设计方法不需要测定设计的RVDT壳体、定子以及项圈导线的相关特性参数，包括气隙厚度、空气导磁系数，同时也不需要计算给定电压下特定圈数初级线圈的电流密度，借鉴了黑盒子的测试方法，对这些参数在设计中由于进行了约化，从而简化RVDT的设计。

技术领域

本发明属于电子信息技术领域，涉及一种基于黑盒的RVDT设计方法。

背景技术

能够测量角位移的传感器有感应同步器、光栅、磁栅、激光传感器以及旋转可变差动变压器式角位移传感器(RVDT)等。其中，RVDT是在工业中应用最多的一种。与其它传感器相比，RVDT有以下优点：采用非接触结构，具有无触点、无噪声、高灵敏度、高重复性、高可靠性、无限分辨率、理论无限寿命、高频响应性好。由于其环境适用性强，在航空电控领域，RVDT的应用范围及功能越来越广泛，诸如发动机进油活门位置、舵面位移、控制杆指令、电磁阀开度等。

RVDT的结构与工作原理

RVDT由定子组件和转子组件组成。定子组件包括定子铁芯和绕组两部分。定子铁芯一般由导磁性能良好的软磁材料冲片叠成，其圆周上均匀分布4n个凸极(n为正整数)。凸极上错位嵌有2n个一次线圈和2n个二次线圈，且相邻的一次或二次线圈的线圈绕线方向相反。目前应用最多的为4极、8极、12极及16极，随着极数增多，其线性角度范围减小。飞机各系统常用为4极(n＝1)RVDT，其理论最大线性角度范围可达到±40°。

4极RVDT原理见图1、图2所示。在4个凸极上分别嵌绕四只一次线圈N11、N12、N13、N14串联后构成一次侧线圈，当供以交流励磁电压U时，定子各凸极上产生的磁通为φ₁、φ₂、φ₃、φ₄，其瞬时方向如图1中箭头所示。由于铁芯中存在变化的磁场，在4只二次线圈N21、N22、N23、N24中将产生感应电动势，二次线圈的接法应保证e21、e23同相、并与e22、e24反相。这样，输出电压为及和值电压为

U_o＝(e₂₂+e₂₄)-(e₂₁+e₂₃) (1)

U_sum＝(e₂₂+e₂₄)+(e₂₁+e₂₃)

设δ为定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度；S_a、S_b为定子极掌与转子极端面覆盖表面积；r为转子半径；α为转子转角，单位为rad(弧度)；h为定子铁芯的有效宽度；2θ为定子磁极的角度，单位为rad(弧度)；μ₀为空气导磁系数。现对以下条件做以假设：

(1)定子及转子结构几何状态对称、绕组匝数对称；

(2)定子及转子铁芯磁极工作位于铁芯磁化曲线的线性段，材料的初始导磁率很高；

(3)忽略铁芯磁阻、忽略负载的大小和性质、忽略漏电抗和铁损。

则磁路的磁阻完全为气隙磁阻，为：

R_δ1＝R_δ3＝δ/μ₀S_a＝δ/(μ₀r(θ-α)h) (2)

R_δ2＝R_δ4＝δ/μ₀S_b＝δ/(μ₀r(θ+α)h) (3)

由于4只极上一次线圈的匝数均相等，即N11＝N12＝N13＝N14＝N1，流过的电流相等，均为I1，所以磁动势也相等，即