1　前　　言      

　　反饋信號(hào)傳感器是電磁軸承系統(tǒng)的重要組成部分缺沿，其性能直接關(guān)系到系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子工作位置的控制精度乃楣，因而是所有研究者都必須考慮的問(wèn)題之一。為了與電磁軸承的研究和應(yīng)用相配合童叠，國(guó)外在電磁軸承用傳感器方面作了一定的研究框喳，并獲得了一些成果［1～6］，我們?cè)陂_(kāi)展電磁軸承研究的同時(shí)厦坛，也對(duì)其專(zhuān)用位移傳感器進(jìn)行了探索性研究五垮。電磁軸承系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了反饋信號(hào)傳感器必須是非接觸式的。在電磁軸承系統(tǒng)中杜秸，可為傳感器反饋的信號(hào)有許多種放仗，如：位移、速度撬碟、電流诞挨、電磁力、磁通量等物理量均可作為反饋控制的信號(hào)小作。目前多采用位移傳感器亭姥，軸向軸承亦可采用速度傳感器。由于技術(shù)上的原因顾稀，大多數(shù)研究者采用電渦流位移傳感器。電渦流位移傳感器的靈敏度和線性度可以滿足一般電磁軸承系統(tǒng)的要求猛糯，但對(duì)于高精度的電磁軸承系統(tǒng)陋沫，其靈敏度和線性度等技術(shù)指標(biāo)距離要求有一定的差距；若每自由度采用單個(gè)電渦流位移傳感器轨府，還會(huì)出現(xiàn)由于結(jié)構(gòu)原因而產(chǎn)生的測(cè)量誤差信號(hào)(此內(nèi)容另文討論)岁之，使控制精度降低。使用兩個(gè)電渦流位移傳感器差動(dòng)輸出雖然可以克服上述缺陷座序，但成本會(huì)提高估宏，結(jié)構(gòu)更趨于復(fù)雜。文獻(xiàn)［7］將電渦流傳感器和電感式傳感器做了對(duì)比分析研究耗膊，結(jié)果表明電感式傳感器的靈敏度的信噪比均高于電渦流傳感器芙卸，線性范圍亦可滿足電磁軸承系統(tǒng)的要求，特別在結(jié)構(gòu)上可以得到簡(jiǎn)化八察。目前后摧，國(guó)際上選用基于差動(dòng)變壓器原理的電感式位移傳感器［8］，其靈敏度為20mv/μm浙鞋，使用效果良好咙驾，并已形成產(chǎn)品化趨勢(shì)。事實(shí)上驼卖，對(duì)電磁軸承系統(tǒng)而言氨肌，差動(dòng)式的位移傳感器均能符合其實(shí)用要求鸿秆。國(guó)內(nèi)在差動(dòng)電感位移傳感器方面僅限于接觸式的［9］，而在非接觸式差動(dòng)電感位移傳感器的應(yīng)用研究和生產(chǎn)方面尚屬空白怎囚。

　　本文對(duì)軸向磁懸浮軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卿叽、系統(tǒng)的穩(wěn)定性與位移傳感器的關(guān)系，以及電磁軸承對(duì)傳感器的基本要求進(jìn)行了分析討論桩了，在差動(dòng)電感式變氣隙位移傳感器基本工作原理的基礎(chǔ)上附帽，提出一種應(yīng)用于軸向磁力軸承的差動(dòng)電感式位移傳感器的設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行了其靜特性的實(shí)驗(yàn)研究井誉，結(jié)果說(shuō)明此種傳感器具有開(kāi)發(fā)應(yīng)用的前景［10］蕉扮。

　　2　軸向磁懸浮軸承系統(tǒng)與位移傳感器

　　2.1　軸向磁懸浮軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 

        軸向磁懸浮軸承系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的功率放大器)精密地控制。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于受到外來(lái)干擾力或其他原因出現(xiàn)軸向位移時(shí)颗圣，位移量由位移傳感器測(cè)出喳钟，經(jīng)位移信號(hào)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)ux，與參考信號(hào)ur比較后得到差值信號(hào)ue在岂，再由調(diào)節(jié)器進(jìn)行幅值和相位的校正奔则，得到的信號(hào)電壓uc被功率放大器和電磁鐵轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電磁力，使轉(zhuǎn)子恢復(fù)到設(shè)定的位置上滋箫。

　　2.2　磁懸浮軸承系統(tǒng)對(duì)位移傳感器的要求 

　　由結(jié)構(gòu)圖可知汹囱，電磁軸承系統(tǒng)對(duì)位移傳感器的首要要求是非接觸式的。從理論上看箕径，利用電容陡料、電感、光敏迅督、光柵陪罕、霍爾效應(yīng)、激光胃症、磁阻抗及聲波等均可達(dá)到此目的［1］将借。電磁軸承對(duì)位移傳感器的要求還有：能真實(shí)地反映出轉(zhuǎn)子的位置變化；有很高的靈敏度肢椅、信噪比讽椿、線性度、溫度穩(wěn)定性惋粟、抗干擾能力以及精確的重復(fù)性犁柜，同時(shí)也要求有相應(yīng)的頻率響應(yīng)范圍。目前堂淡，電磁軸承系統(tǒng)主要應(yīng)用的電渦流式位移傳感器馋缅，測(cè)量的都是轉(zhuǎn)子表面的移動(dòng)情況，這只能間接地反映轉(zhuǎn)子中心的位置绢淀，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)萤悴，反饋信號(hào)中還包含著轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)情況瘾腰；傳感器的安裝位置、應(yīng)用方式對(duì)測(cè)量結(jié)果也有影響覆履，這些影響在徑向磁懸浮軸承系統(tǒng)中較為明顯(將另文討論)蹋盆，這是產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要來(lái)源，克服的最佳方式是采用差動(dòng)聯(lián)接方式硝全。在電磁軸承系統(tǒng)中應(yīng)用電渦流傳感器還存在信噪比較低的不足栖雾，這是其轉(zhuǎn)換電路中的電子元器件的固有噪聲所致，要提高信噪比就需提高靈敏度伟众，但這又會(huì)使傳感器的線性范圍受到限制析藕。電渦流傳感器的感應(yīng)磁場(chǎng)很弱，因此周?chē)嬖诘碾s散磁場(chǎng)對(duì)其靈敏度會(huì)產(chǎn)生很大的影響凳厢，同時(shí)也會(huì)在信號(hào)中夾雜干擾磁場(chǎng)的成份诱紫。所以，屏蔽措施是非常必要的纹站。另一種應(yīng)用較廣的是差動(dòng)電感位移傳感器澈越。由理論分析可知，小氣隙的電感式傳感器其電感量一般很大泌位，有很強(qiáng)的抗干擾能力晨瀑，不需要特別的屏蔽措施，很適合在電磁軸承系統(tǒng)中應(yīng)用酒妄。法國(guó)S2M公司就采用了這種類(lèi)似的傳感器材哺，其優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出功率大广莉，信噪比高，靈敏度高胖讶，測(cè)量精度高以及線性度好［8］德检。

　　3　差動(dòng)電感位移傳感器及實(shí)驗(yàn)研究

　　3.1　差動(dòng)電感位移傳感器的基本原理與結(jié)構(gòu)

　　文所述的差動(dòng)電感位移傳感器是一種變氣隙式電感傳感器［12］，圖2是其基本原理圖斯娃。當(dāng)可動(dòng)鐵心向兩邊移動(dòng)時(shí)澎灸，電感線圈L１和L２的電感量發(fā)生變化，在一定的氣式位移傳感器的結(jié)構(gòu)隙變化范圍內(nèi)遮晚，電感量的變化與氣隙的變化可成線性關(guān)系性昭。將兩個(gè)電感線圈接成橋式，并采用相敏檢波县遣，線性范圍還可拓寬糜颠，此種傳感器最大的優(yōu)點(diǎn)就是抗干擾能力強(qiáng)，因而很多測(cè)

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