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相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求發(fā)明人為qama和specogna、標(biāo)題為“sensorcoiloptimization(傳感器線圈優(yōu)化)”的在2018年6月29日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng),這些申請(qǐng)中的每個(gè)申請(qǐng)通過(guò)引用整體并入本文。本發(fā)明的實(shí)施例涉及位置傳感器,更具體地涉及位置傳感器中的傳感器線圈的優(yōu)化。背景技術(shù):位置傳感器在各種設(shè)置中被用于測(cè)量一個(gè)組件相對(duì)于另一個(gè)組件的位置。感應(yīng)式位置傳感器可被用于汽車(chē)、工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中,以用于旋轉(zhuǎn)和線性運(yùn)動(dòng)感測(cè)。在許多感應(yīng)定位感測(cè)系統(tǒng)中,發(fā)射線圈被用于在一組線圈上方滑動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的金屬目標(biāo)中感應(yīng)出渦電流。接收線圈接收由渦電流和發(fā)射線圈生成的磁場(chǎng),并將信號(hào)提供給處理器。處理器使用來(lái)自線圈的信號(hào)來(lái)確定金屬目標(biāo)在這組線圈上方的位置。處理器、發(fā)射器線圈和線圈都可以被形成在印刷電路板(pcb)上。然而,這些系統(tǒng)由于許多原因而顯示出不準(zhǔn)確性。例如,由發(fā)射器生成的電磁場(chǎng)以及在金屬目標(biāo)中生成的合成場(chǎng)可能是不均勻的,導(dǎo)線跡線與發(fā)射線圈的連接以及接收線圈的布置可能導(dǎo)致進(jìn)一步的不均勻。被安裝在pcb上的線圈和金屬目標(biāo)之間的氣隙(ag)可能是不均勻的。此外,山東**傳感器線圈,山東**傳感器線圈,山東**傳感器線圈,由線圈生成的信號(hào)的幅度可能具有偏差(offset)。多個(gè)線圈之間可能存在失配。傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。山東**傳感器線圈
可以使用數(shù)百甚至數(shù)千次仿真。因此,存在一些模型簡(jiǎn)化,這盡管基本上不影響仿真的準(zhǔn)確性,但可以提高速度。例如,如果每次仿真需要10秒鐘來(lái)完成,則使用100次迭代的優(yōu)化可能需要16分鐘。然而,如果每次仿真需要10分鐘完成,則同一優(yōu)化可能需要16個(gè)小時(shí)來(lái)完成。在一些實(shí)施例中使用的有效簡(jiǎn)化是用一維導(dǎo)線模型來(lái)表示用于形成發(fā)射線圈和線圈的導(dǎo)電跡線。在與一維導(dǎo)線模型偏離嚴(yán)重的情況下,考慮一個(gè)具有35μm的高度和。該矩形跡線可以由例如銅的任何非磁性導(dǎo)電材料形成。其他金屬也可以用來(lái)形成跡線,但銅更為典型。對(duì)于厚度為趨膚深度的大約兩倍的跡線部分,矩形跡線中流動(dòng)的電流的電流密度可以是非常均勻的。對(duì)于銅,在5mhz的頻率下的趨膚深度為30μm。因此,對(duì)于上述基準(zhǔn)矩形跡線,跡線內(nèi)的電流密度將是基本上均勻的。圖10b示出由承載電流的一維導(dǎo)線1020生成的場(chǎng)。如果在兩個(gè)結(jié)構(gòu)中流動(dòng)的電流相同,則由導(dǎo)線1020或由一定直徑的直的圓柱體生成的場(chǎng)沒(méi)有差異。然而,圖10c示出在基準(zhǔn)跡線1022周?chē)傻膱?chǎng),基準(zhǔn)跡線1022是上述由銅形成的并且具有35μm的高度和。如圖10c所示,即使在小于1mm的短距離處,該場(chǎng)看起來(lái)也與圖10b中的由導(dǎo)線1020所生成的場(chǎng)相同。汽車(chē)電子傳感器線圈廠家新傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。
余弦定向線圈110可以包括具有順時(shí)針定向的環(huán)路120和具有逆時(shí)針定向的第二環(huán)路122。圖1b示出由箭頭指示的可能的電動(dòng)勢(shì)參考方向,該方向與由如圖1a所示的發(fā)射器線圈106產(chǎn)生的磁場(chǎng)一致。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的,可以以其他方式解釋所述定向。在圖1b所示的系統(tǒng)中,發(fā)射器線圈(tx)106被電路102(電路102可以是集成電路)激勵(lì),以生成被示出為emf場(chǎng)108的可變電磁場(chǎng)(emf)。磁場(chǎng)108與線圈(rx)104耦合。如圖1b所示,如果將導(dǎo)電金屬目標(biāo)124放置在線圈104的上方,則會(huì)在金屬目標(biāo)124中生成渦電流。該渦電流生成新的電磁場(chǎng),該電磁場(chǎng)理想情況下與場(chǎng)108相等并相反,從而抵消了在金屬目標(biāo)124正下方的線圈104中的場(chǎng)。線圈(rx)104捕獲由發(fā)射線圈106生成的可變emf場(chǎng)108和由金屬目標(biāo)124感應(yīng)的場(chǎng),得到在線圈104的端子處生成的正弦電壓。在沒(méi)有金屬目標(biāo)124的情況下,在rx線圈104(在圖1b中被標(biāo)記為rxcos110和rxsin112)的端子處將沒(méi)有電壓。當(dāng)金屬目標(biāo)124相對(duì)于rx線圈104被放置在特定位置時(shí),在被金屬目標(biāo)124覆蓋的區(qū)域上的合成電磁場(chǎng)理想地為零,因此在rx線圈104的端子處的電壓將具有不同的特性,這取決于金屬目標(biāo)124相對(duì)于接收線圈104的位置。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)塊狀導(dǎo)體置于交變磁場(chǎng)或在固定磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,此電流在導(dǎo)體內(nèi)閉合,稱(chēng)為渦流。電渦流式傳感器,將位移、厚度、材料損傷等非電量轉(zhuǎn)換為電阻抗的變化(或電感、Q值的變化),從而進(jìn)行非電量的測(cè)量。一、工作原理電渦流式傳感器由傳感器激勵(lì)線圈和被測(cè)金屬體組成。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)傳感器激勵(lì)線圈中通過(guò)以正弦交變電流時(shí),線圈周?chē)鷮a(chǎn)生正選交變磁場(chǎng),是位于蓋磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流,該感應(yīng)電流又產(chǎn)生新的交變磁場(chǎng)。新的交變磁場(chǎng)阻礙原磁場(chǎng)的變化,使得傳感器線圈的等效阻抗發(fā)生變化。傳感器線圈受電渦流影響時(shí)的等效阻抗Z為式中,ρ為被測(cè)體的電阻率;μ為被測(cè)體的磁導(dǎo)率;r為線圈與被測(cè)體的尺寸因子;f為線圈中激磁電流的頻率;x為線圈與導(dǎo)體間的距離。由此可見(jiàn),線圈阻抗的變化完全取決于被測(cè)金屬的電渦流效應(yīng),分別與以上因素有關(guān)。如果只改變式中的一個(gè)參數(shù),保持其他參數(shù)不變,傳感器線圈的阻抗Z就只與該參數(shù)有關(guān),如果測(cè)出傳感器線圈阻抗的變化,就可以確定該參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中,通常是改變線圈與導(dǎo)體間的距離x,而保持其他參數(shù)不變,來(lái)實(shí)現(xiàn)位移和距離測(cè)量。二、等效電路討論電渦流式傳感器時(shí)。傳感器線圈報(bào)價(jià),無(wú)錫東英電子有限公司。
區(qū)別在距離跡線小于約1mm的場(chǎng)中。圖10d示出導(dǎo)線1020的一維模型與基準(zhǔn)矩形跡線1022在距跡線中心1mm的距離處的差異。單個(gè)矩形跡線1022的表示可以通過(guò)單導(dǎo)線配置和多導(dǎo)線配置兩者來(lái)實(shí)現(xiàn)??梢钥闯?,該場(chǎng)與一維模型略有偏離。從圖10d可以看出,誤差不可忽略,但在兩種情況下,即使在1mm處,誤差也只有很小的分?jǐn)?shù)1%。由于接收線圈的大多數(shù)點(diǎn)相對(duì)于發(fā)射線圈的距離遠(yuǎn)大于1mm,因此1維導(dǎo)線模型在大多數(shù)應(yīng)用中可能就足夠了。也可以用三維塊狀元素來(lái)表示發(fā)射線圈,其中假定電流密度是均勻的。圖10e示出這種近似。如圖10e所示,這以適度的附加計(jì)算為代價(jià)將由發(fā)射線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)的建模誤差減小了一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此,在步驟1006和步驟1010中,可以將跡線建模為一維跡線。因此,通過(guò)使用1維導(dǎo)線模型可以預(yù)先計(jì)算由發(fā)射線圈產(chǎn)生的源磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中,可以使用基于3d塊狀件元素的更高級(jí)的模型,如上所述,該模型可以產(chǎn)生大致相同的結(jié)果。這些模型可以使用有限元矩陣形式的計(jì)算,然而,此類(lèi)模型可能需要許多元素,并且需要增加計(jì)算。如上文所討論的,類(lèi)似于fem的模型可能使用太多的元素(1億多個(gè)網(wǎng)格元素)來(lái)達(dá)到所提出的一維模型的準(zhǔn)確性。換向傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。官方授權(quán)經(jīng)銷(xiāo)傳感器線圈誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)
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樣條函數(shù)或任何其他插值函數(shù)可用于鏈接一維路徑以形成發(fā)射線圈802和接收線圈804及接收線圈806的形狀。通過(guò)應(yīng)用合適的函數(shù)可以更高效地實(shí)現(xiàn)接收線圈的變形。例如,在旋轉(zhuǎn)傳感器中,該函數(shù)將是半徑的函數(shù)。在步驟1102中,在算法712中輸入和接收當(dāng)前線圈設(shè)計(jì)布局、仿真結(jié)果以及在一些情況下在步驟706中提供的比較。然后可以使用非線性編程求解器來(lái)找到使給定目標(biāo)函數(shù)小化的發(fā)射線圈802和接收線圈804及接收線圈806的形狀。目標(biāo)函數(shù)由三部分形成,如圖11所示。在步驟1103中,建立如圖14所示的外部阱1402和外部阱1404的寬度,以小化沒(méi)有目標(biāo)時(shí)的偏差。在步驟1104中,將檢測(cè)到的位置(即,電角度)與理想位置之間的均方根誤差(rms)小化。這不會(huì)對(duì)電壓vcos和vsin相對(duì)于位置的形狀產(chǎn)生任何影響。在步驟1106中,算法712評(píng)估作為位置的函數(shù)的vcos和vsin的仿真值和具有相等幅度的兩個(gè)正弦曲線之間的差的rms,以便約束輸出電壓的形狀。在一些實(shí)施例中,經(jīng)重新設(shè)計(jì)的接收線圈804和接收線圈806的形狀可以在步驟1104和步驟1106兩者中收斂。在一些實(shí)施例中,步驟1104和步驟1106可以使用元啟發(fā)式優(yōu)化求解器。然而,元啟發(fā)式優(yōu)化求解器往往很慢。因此,在一些實(shí)施例中。山東**傳感器線圈
無(wú)錫東英電子有限公司致力于機(jī)械及行業(yè)設(shè)備,以科技創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)***管理的追求。東英電子作為電器元件、電子線圈、ABS/ESC線圈閥、勵(lì)磁線圈、電磁閥、傳感器、汽車(chē)電控、汽車(chē)電子零件、精密注塑封、五金零件、普通機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)、銷(xiāo)售。(依法批準(zhǔn)經(jīng)批準(zhǔn)的項(xiàng)目,經(jīng)相關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)后方可開(kāi)展經(jīng)營(yíng)活動(dòng))。的企業(yè)之一,為客戶提供良好的電子線圈,電磁閥,傳感器,汽車(chē)電子零部件。東英電子繼續(xù)堅(jiān)定不移地走高質(zhì)量發(fā)展道路,既要實(shí)現(xiàn)基本面穩(wěn)定增長(zhǎng),又要聚焦關(guān)鍵領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型再突破。東英電子始終關(guān)注機(jī)械及行業(yè)設(shè)備行業(yè)。滿足市場(chǎng)需求,提高產(chǎn)品價(jià)值,是我們前行的力量。
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