一种基于黑盒的RVDT设计方法技术

本发明专利技术属于电子信息技术领域，涉及一种基于黑盒的RVDT设计方法。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子信息
，涉及一种基于黑盒的RVDT设计方法。
技术介绍
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Uo＝(e22+e24)-(e21+e23)(1)Usum＝(e22+e24)+(e21+e23)设δ为定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度；Sa、Sb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：Rδ1＝Rδ3＝δ/μ0Sa＝δ/(μ0r(θ-α)h)(2)Rδ2＝Rδ4＝δ/μ0Sb＝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FM1＝FM2＝FM2＝FM2＝N1I1(4)可以求出磁通为φ1＝φ3＝FM1/Rδ1＝I1N1μ0rh(θ-α)/δ(5)φ2＝φ4＝FM1/Rδ1＝I1N1μ0rh(θ+α)/δ(6)在空载状态下，可以求得各二次线圈的感应电动势为...

【技术保护点】
一种基于黑盒的RVDT设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据要求初步设计RVDT摸底样机，并首先初步确定初级线圈匝数N1，次级线圈匝数N2，按照初级线圈跨两级连接，次级线圈分别连接到每对磁极上来制作RVDT摸底样机，测量RVDT摸底样机的输入输出特性，即：RVDT摸底样机最大偏角对应的电压值Uo；2)根据RVDT摸底样机最大偏角对应的电压值Uo与最大偏角要求输出电压UR_O来设计次级线圈所需的实际匝数NR_2，由于：UR_O＝8πfN1NR_2I1μ0rhα/δ，所以其中，f为励磁电源频率，I1为初级线圈电流密度，μ0为空气导磁系数，r为转子半径，h为定子铁芯的有效宽度，α为转子转角，δ为定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度；3)依据给定的初级线圈匝数，次级线圈匝数，测量的RVDT摸底样机最大偏角对应的电压与最大偏角要求输出电压计算出更改次级线圈匝数后的理论和值电压U'sum，由于RVDT摸底样机和值电压Usum＝8πfN1N2I1μ0rhθ/δ，同时U'sum＝8πfN1NR_2I1μ0rhθ/δ，所以UsumUsum′=N2NR_2⇒Usum′=UsumNR_2N2;]]>4)根据理论和值电压U'sum以及要求和值电压UR_sum，计算和值补偿线圈匝数补偿线圈匝数可正可负，若为正，需要补偿的和值电压为正值，若为负，需要补偿的和值电压为负值，若为零则不需要进行和值补偿；5)按照初级线圈匝数N1，次级线圈匝数NR_2，补偿线圈匝数Ns_c制作所需RVDT传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种基于黑盒的RVDT设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据要求初步设计RVDT摸底样机，并首先初步确定初级线圈匝数N1，
次级线圈匝数N2，按照初级线圈跨两级连接，次级线圈分别连接到每对磁极上
来制作RVDT摸底样机，测量RVDT摸底样机的输入输出特性，即：RVDT摸底样
机最大偏角对应的电压值Uo；
2)根据RVDT摸底样机最大偏角对应的电压值Uo与最大偏角要求输出电压
UR_O来设计次级线圈所需的实际匝数NR_2，由于：UR_O＝8πfN1NR_2I1μ0rhα/δ，所
以其中，f为励磁电源频率，I1为初级线圈电流密度，
μ0为空气导磁系数，r为转子半径，h为定子铁芯的有效宽度，α为转子转角，δ
为定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度；
3)依据给定的初级线圈匝...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜永良，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61