仪器仪表学报

作者：杨继森，罗云沛，曹峻杰，易靖松，张静

单位：杨继森,重庆理工大学机械工程学院重庆400054,yangjs@cqut.edu.cn,罗云沛,重庆理工大学机械工程学院重庆400054,,曹峻杰,重庆理工大学机械工程学院重庆400054,,易靖松,重庆理工大学机械工程学院重庆400054,,张静,重庆理工大学电气与电子工程学院重庆400054,

关键词：角位移传感器;时栅;气隙磁场分层耦合原理;三层互补形状线圈组合结构

基金：国家自然科学基金项目（52175454）、重庆市自然科学基金面上项目（CSTB2023NSCQ-MSX0382）、重庆市教委科学技术研究计划重点项目（KJZD-K202301106）、重庆理工大学研究生创新项目（gzlcx20252013）资助

针对当前研制的磁场式时栅角位移传感器磁场感应线圈在不同间隙耦合到的磁场性质不同,导致传感器对时变磁场有效面积利用率低、磁场拾取能力弱、感应信号幅值小等问题,影响传感器对极内的残余误差成分与大小,故提出了一种三层互补形状线圈组合结构的时栅角位移传感器。搭建数学模型分析传感器激励气隙磁场空间分布特性,提出气隙磁场分层耦合理论,以此将气隙磁场分为3种类型。建立三层互补形状线圈组合结构的时栅角位移传感器测量模型,激励线圈采用双层互补式结构,使线圈两端对磁场的约束能力相互补偿让磁场分布更均匀;感应线圈采用三层互补形状线圈组合结构,不同形状线圈耦合对应类型气隙磁场,使传感器信号幅值与稳定性大幅提高。分析平面感应线圈磁场耦合原理及传感器信号处理方法,向激励线圈通入两路激励信号,由感应线圈得到测量行波信号并通过鉴相的方式解算出角位移量。通过电磁仿真对传感器进行误差分析与结构参数优化,采用PCB工艺制作传感器样机进行实验验证。仿真与实验结果表明:相较于采用传统单层耦合结构,传感器测量精度提高了12.6%,空间气隙磁场引入的谐波误差减小,感应信号幅值与稳定性提高,提升了信噪比,传感器最佳安装间隙为0.6mm,传感器测量精度为±83″。

来源：2025年第10期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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