[发明专利]一种磁悬浮分子泵位移传感器的校准方法及其应用

说明书

本发明公开了一种磁悬浮分子泵位移传感器的校准方法及其应用，其要解决的是磁悬浮分子泵的一对位移传感器不易配对的问题。其技术要点在于：将不同的位移传感器的呈非线性距离‑输出电压曲线均校准成一条内置的呈线性关系的距离‑输出电压曲线。采用本申请的技术方案，对于两个“距离‑输出电压”曲线相差很大的位移传感器，也可以进行配对使用；位移传感器的使用范围不再受“距离‑输出电压”曲线一致性要求的限制。

技术领域

本发明涉及位移传感器领域，更具体地说，尤其涉及一种磁悬浮分子泵位移传感器的校准方法及其应用。

背景技术

磁悬浮系统是由转子、位移传感器、控制器和电磁线圈4部分组成。

电磁线圈的磁场强度与转子位置的距离成立方反比关系，假设磁场为B，距离为R，那么有B∝1/R³。由此转子和电机线圈的距离过大将导致电磁线圈无法稳定的控制转子，距离过小由于旋转涡轮旋转过程中的不平衡会导致剐蹭磁悬浮分子泵内壁。

对此问题，通过控制器、位移传感器来解决上述问题。上述工作的主要原理是：假设在参考位置上，转子受到一个向下的扰动，就会偏离其参考位置，这时位移传感器检测出转子偏离参考点的距离，控制器的微处理器将检测的位移变换成控制信号，然后功率放大器将这一控制信号转换成控制电流，控制电流在电磁线圈中产生磁力，从而驱动转子返回到原来平衡位置。因此，不论转子受到向下或向上的扰动，转子始终能处于稳定的平衡状态。

对于磁悬浮系统的位移传感器而言，如附图1-2所示，转子100悬浮在磁悬浮分子泵中心，转子100外圆距离传感器安装架200内有一定的距离间隙300；在传感器安装架200上设置有：X轴正向移动位移传感器400、X轴负向移动位移传感器500、Y轴正向移动位移传感器600、Y轴负向移动位移传感器700、A端正向移动位移传感器800、A端负向移动位移传感器900、B端正向移动位移传感器1000、B端负向移动位移传感器1100。所述X轴、所述Y轴垂直。

X轴正向移动位移传感器400、X轴负向移动位移传感器500、Y轴正向移动位移传感器600、Y轴负向移动位移传感器700用于监测转子100距离内壁的间隙。

A端正向移动位移传感器800、A端负向移动位移传感器900、B端正向移动位移传感器1000、B端负向移动位移传感器1100用于监测转子100沿着转子轴向方向的位移。

所有的位移传感器均采用电涡流位移传感器。

对于磁悬浮系统中的电涡流位移传感器而言，其工作原理是通过电涡流效应的原理准确测量转子与探头的位置，其属于一种非接触式测量，灵敏度高。当转子与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的Q值也发生变化，Q值的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、放大转化成电压变化。

磁悬浮分子泵中一般采用两个位移传感器来共同测量分子泵的位移，如X轴正向移动位移传感器400、X轴负向移动位移传感器500。

但是，由于以下两种原因，导致传感器检测与转子的距离，与真实的距离有一定的误差，由于上述距离的偏差，导致转子在悬浮状态下与泵体出现夹角。

第一，现有技术认为：电涡流位移传感器的输出电压会随着被测物的距离变化而发生变化。被测物的距离在一定范围内变化时，传感器输出电压会随着被测距离的变化而线性变化[引用自：CN113203350A]。试验现象一：传感器检测过程中，将传感器固定在检测工装支架上，被测面在0.5至0.8mm范围内进行移动,也即磁悬浮分子泵中采用的位移传感器中，其监测范围为0.5mm～0.8mm。附图3示意出了在0.5mm～0.8mm的传感器滑块电压输出曲线。从附图3可以知晓：即便在如此之小的范围内，距离-位移传感器输出的电压也呈现非线性关系。

一般而言，在程序运行过程中使用的线性计算公式来计算位移传感器监测得到的结果。根据检测到的输出电压，在程序运行过程中使用的线性计算公式，判断位置会产生一定的偏差。