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可寄生式双极电感绝对角度传感器研究

张波 陈小丽 郭赫男 瞿金晨 李杰 李建华 姜勇 闻小龙

张波, 陈小丽, 郭赫男, 瞿金晨, 李杰, 李建华, 姜勇, 闻小龙. 可寄生式双极电感绝对角度传感器研究[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(6): 1944-1951. doi: 10.11999/JEIT220610
引用本文: 张波, 陈小丽, 郭赫男, 瞿金晨, 李杰, 李建华, 姜勇, 闻小龙. 可寄生式双极电感绝对角度传感器研究[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(6): 1944-1951. doi: 10.11999/JEIT220610
ZHANG Bo, CHEN Xiaoli, GUO Henan, QU Jinchen, LI Jie, LI Jianhua, JIANG Yong, WEN Xiaolong. Research on Parasitic Bipolar Inductance Absolute Angle Sensor[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(6): 1944-1951. doi: 10.11999/JEIT220610
Citation: ZHANG Bo, CHEN Xiaoli, GUO Henan, QU Jinchen, LI Jie, LI Jianhua, JIANG Yong, WEN Xiaolong. Research on Parasitic Bipolar Inductance Absolute Angle Sensor[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(6): 1944-1951. doi: 10.11999/JEIT220610

可寄生式双极电感绝对角度传感器研究

doi: 10.11999/JEIT220610
基金项目: 国家自然科学基金(62031025),传感技术联合国家重点实验室基金(SKT2105),中央高校基本科研业务费(FRF-BR-20-02B)
详细信息
    作者简介:

    张波:男,博士生,工程师,研究方向为传感器技术与应用

    陈小丽:女,硕士生,研究方向为传感器技术与应用

    郭赫男:女,硕士生,研究方向为传感器技术与应用

    瞿金晨:男,硕士生,研究方向为传感器技术与应用

    李杰:男,副教授,研究方向为磁场传感器、传感器技术与应用

    李建华:男,教授,研究方向为传感器技术与应用

    姜勇:男,教授,研究方向为磁性材料和磁敏传感器

    闻小龙:男,副教授,研究方向为微纳传感器及系统

    通讯作者:

    李建华 jianhuali@ustb.edu.cn

  • 中图分类号: TN762; TP212.1

Research on Parasitic Bipolar Inductance Absolute Angle Sensor

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62031025), The Project of State Key Laboratory of Transducer Technology China (SKT2105), The Fundamental Research Funds for the Central Universities (FRF-BR-20-02B)
  • 摘要: 角度传感器作为电机的核心定位部件,对电机的定位精度有重要影响。该文设计了一种双极电感式绝对角度传感器,该传感器通过周期性改变线圈中感应电压的大小来测量角度,敏感结构主要包括转子和定子,可实现与电机主轴的一体化。其中转子由内外单周期、多周期扇形铜箔组成,形成双极布局,定子由激励线圈、接收线圈以及后续处理电路组成。定子中的两组接收线圈,一组线圈由8个回路组成,对应为外沿多周期扇形铜箔,另一组由2个回路组成,对应中心180°扇形(半圆形)铜箔,两组线圈相互独立,互不影响。当转子在接收线圈上方转动时,转子中产生的涡流会使相邻两个接收线圈感应电压呈周期性正余弦形式变化。8回路线圈测量精度高,但360°内会出现多个周期信号,无法实现绝对位置测量。而2回路线圈在360°范围感应出1个周期信号,通过2回路线圈为8回路线圈提供周期数鉴别,进而解决了绝对位置测量的问题。通过算法对正余弦信号进行识别解算,以高精度转台为基准对样机进行测试,结果表明,传感器测量误差可以达到0.04°,满足电机位置控制精度要求,验证了该方案的可行性。
  • 图  1  Melexis公司研发的多周期电感式角度传感器

    图  2  双极型电感传感器设计图

    图  3  转子和线圈平面结构

    图  4  单组接收线圈电流走向结构

    图  5  传感器电磁耦合过程

    图  6  线圈及转子设计图

    图  7  绝对位置角度传感器仿真模型

    图  8  单周期线圈感应电压仿真图

    图  9  四周期线圈感应电压仿真图

    图  10  电感角度传感器电路设计架构图

    图  11  四周期线圈信号AD转换后及标准归一化后的波形

    图  12  单周期线圈信号AD转换后及标准归一化后的波形

    图  13  电感角度传感器在标准转台上的测试过程

    图  14  电感角度传感器设计图

    图  15  电感角度传感器实物图

    图  16  单周期线圈信号校准前后角度误差对比

    图  17  信号校准前后角度误差对比

    表  1  Maxwell仿真条件和参数

    仿真条件参数值
    激励源幅值为5 V,频率为4 MHz的高频交流电压信号
    线圈材质
    转子结构材质
    求解器Magnetic transient
    仿真步长0.006 μs
    仿真时间22.362 μs
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-05-13
  • 修回日期:  2022-09-05
  • 录用日期:  2022-09-06
  • 网络出版日期:  2022-09-09
  • 刊出日期:  2023-06-10

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