一种基于黑盒的rvdt设计方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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W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W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，诸如发动机进油活口位置、驼面位移、控制杆指令、 电磁阀开度等。
[0003]RVDT的结构与工作原理
[0004]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（η为正整数）。 凸极上错位嵌有化个一次线圈和化个二次线圈，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（η= 1)RVDT，其理论最大线性角度范围可达到±40°。
[0005] 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N1UN12、 N13、N14串联后构成一次侧线圈，当供W交流励磁电压U时，定子各凸极上产生的磁通为 Φι、φ,、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Ν21、Ν22、Ν23、Ν24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。送样，输出电压为及和值电压为
[000引U。= (θ22+θ24) - (Θ21+Θ23) (D
[0007] Usum= (e22+e24) + 知如23)
[0008] 设δ为定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度；s。、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）；μ。为空气导磁系数。现对W下条件做W段设：
[0009] (1)定子及转子结构几何状态对称、绕组面数对称；
[0010] (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 商；
[0011] 做忽略铁芯磁阻、忽略负载的大小和性质、忽略漏电抗和铁损。
[0012] 则磁路的磁阻完全为气隙磁阻，为：
[001引 Rsi = Rs3= δ/μ0Sa = δ/(μ0!(日-α )h) 似
[0014] Rs2二Rs4二5/l·!〇Sb二δ/(μ〇；Γ (白+〇)h) 0)
[0015] 由于4只极上一次线圈的面数均相等，即Nil=N12 =N13 =N14 =Nl，流过的电 流相等，均为II，所W磁动势也相等，即
[0016]Fmi=Fm2 =Fm2 =Fm2 =NJi (4)
[0017] 可W求出磁通为
[001 引 Φι=Φ3=Fmi/Rsi=IiNiμorh(日-α)/δ 妨
[001引 Φζ=Φ* =Fmi/Rsi=IiNiμorh(日+α)/δ (6)
[0020] 在空载状态下，可W求得各二次线圈的感应电动势为
[00川
（巧
[0022] 式中f为励磁电源频率。
[002引 4只极上二次线圈面数相等，即N21 =N22 =N23 =N24 =N2,将式巧）、（6) (7) 代入式（1)可得
[0024]U" =831fNiNJiμ〇rhα/δ=Κ·α (8)
[00巧]式中Κ为RVDT的灵敏度，单位为V/rad(伏每弧度），其表达式为
[0026] K=831fNiNzIiμ〇rh/δ (9)
[0027] 次级线圈的和值常用作RVDT工作状态的监控值，表达式为：
[0028] = (022+624) + (021+623) (10) =83TfNiNzIlμ〇:rh白 /δ=K·白
[002引 RVDT在设计中，重点考虑两个电气参数，次级线圈输出电压差U。与lU，决定送两 个关键参数的因素较多，主要包括：
[0030] 1)初级线圈面数Ni，初级线圈电流密度Ii;
[0031] 2)次级线圈面数N2
[0032] 3)笠气导磁系数μ。
[0033] 4)定子铁芯的有效宽度h，转子半径r
[0034] 5)定子极掌与转子极端面之间的气隙厚度δ;
[0035] 送些参数要么未知，要么不能准确获取，送便给RVDT设计带来了一定的难度。
【发明内容】
[0036] 本发明的目的是；提供一种原理简单、实用性强的RVDT设计方法，在RVDT壳体及 定子一定的情况下，此方法不去要去测定任何参数，仅通过一次样件摸底测试的方法，便可 设计出满足要求的RVDT传感器。
[0037] 本发明的技术方案是：一种基于黑盒的RVDT设计方法，其特征在于，包括W下步 骤：
[0038] 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面数N1，次级线 圈面数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，初级线圈、次级线圈各线圈间的连接关系见图5图6所示，制作完成后测量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U。；
[0039] 。根据RVDT摸底样机最大偏角对应的电压值U。与最大偏角要求输出电 压Uk。来设计次级线圈所需的实际面数Νκ2,由于：?。=82liμerhα/δ，所W
，其中，f为励磁电源频率，Ii为初级线圈电流密度，μ。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；
[0040] 3)依据给定的初级线圈面数，次级线圈面数，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面数后的理论和值电压U'gum,由于 RVDT摸底样机和值电压U塵=8fNiNzIiμ〇rhΘ/δ，同时U' 塵=8fNiNR_2liμ〇rhΘ/δ， 所W
[0041] 4)根据理论和值电压U' W及要求和值电压IVsum，计算和值补偿线圈圈数
初级线圈、补偿线圈各线圈间的连接关系见图7图8所示，补偿线 圈面数可正可负，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，正负值时补偿线圈的接线方式分别见图9、10所示；
[0042] 5)按照初级线圈面数Ni，次级线圈面数Νκ2,补偿线圈面数成。制作所需RVDT传 感器。
[0043] 本发明的优点是；不需要测定设计的RVDT壳体、定子W及线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