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圖10f示出正在算法704中進(jìn)行仿真的位置定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的線圈1028和線圈1026上方的金屬目標(biāo)1204的定位。為了討論的目的,圖10f示出圖8a和圖8b所示的線圈設(shè)計(jì)800的示例,其中線圈1028和線圈1026分別與線圈804和線圈806的跡線的一維近似相對(duì)應(yīng)。為了簡(jiǎn)化圖示,在圖10f中未示出發(fā)射線圈802,但是發(fā)射線圈802的跡線也通過一維導(dǎo)線跡線近似。在仿真了來自位置定位系統(tǒng)800的目標(biāo)線圈802的電磁場(chǎng)之后,然后在圖10a所示的算法704的示例的步驟1008中,仿真金屬目標(biāo)1024的渦電流,并且確定從那些渦電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中,金屬目標(biāo)1024中的感應(yīng)渦電流是通過原始邊界積分公式來計(jì)算的。金屬目標(biāo)1024通??梢员唤楸〗饘倨?。通常,金屬目標(biāo)1024很薄,為35μm至70μm,而橫向尺寸通常以毫米進(jìn)行測(cè)量。如上文關(guān)于導(dǎo)線跡線所討論的,當(dāng)導(dǎo)體具有小于在特定工作頻率下磁場(chǎng)的穿透深度的大約兩倍的厚度時(shí),感應(yīng)電流密度在整個(gè)層厚度上基本上是均勻的。因此,可以將金屬目標(biāo)1024的細(xì)導(dǎo)體建模為感應(yīng)渦電流與該表面相切的表面。如果不是這種情況,則可以使用類似于以下中提供的計(jì)算上代價(jià)更高的體積積分公式或有限元建模來對(duì)目標(biāo)進(jìn)行建模:bettini,m,湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表.,湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表、passarotto,艮,湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表、specogna。**傳感器線圈,無錫東英電子有限公司。湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表
算法700在步驟706中計(jì)算小位置誤差,并且在步驟706、步驟708和步驟712中小化rx線圈的非理想性。利用在此優(yōu)化之后獲得的坐標(biāo),可以使用商業(yè)eda工具印刷pcb,如步驟710所示。本發(fā)明的實(shí)施例可用于產(chǎn)生用于位置定位系統(tǒng)的線圈設(shè)計(jì),所述位置定位系統(tǒng)用于需要位置傳感器技術(shù)、扭矩、扭矩角傳感器(tas)的所有應(yīng)用以及使用感應(yīng)原理和在pcb上的線圈的所有其他應(yīng)用。某些實(shí)施例的益處包括在兩個(gè)上具有零偏差,這意味著達(dá)到理論極限零。從優(yōu)化線圈之前出現(xiàn)的%fs-3%fs的起點(diǎn)獲得%fs的誤差(提高6倍)可以實(shí)現(xiàn)。此外,如果誤差減小得足夠好,則不需要線性化方法或校準(zhǔn)方法。此外,可以減少用于產(chǎn)生可行的線圈設(shè)計(jì)的試錯(cuò)的次數(shù),提供縮短的產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。圖8a和圖8b示出pcb(為了清楚起見未示出)上的線圈布局800的示例,其可以用作如圖7a所示的算法700的輸入。在一些情況下,算法700將修改根據(jù)算法720所產(chǎn)生的經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì),以優(yōu)化線圈布局800的準(zhǔn)確性。圖8a示出線圈布局800,而圖8b示出線圈布局800的平面圖,其將跡線重疊在pcb的頂側(cè)和底側(cè)上。如圖8a和圖8b所示,線圈設(shè)計(jì)800包括發(fā)射線圈802,其可以包括多個(gè)環(huán)路,并且還可以包括穿過pcb的通孔。湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表傳感器線圈芯,無錫東英電子有限公司。
緩沖器416和緩沖器418可以包括諸如濾波器和放大器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器(用于向處理器412提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))之類的電路。處理器412可以如上所述地計(jì)算位置,以提供金屬目標(biāo)408相對(duì)于位置定位系統(tǒng)410上的接收線圈的位置數(shù)據(jù)。圖4b示出定位系統(tǒng)400的示例,定位器404被耦合到底座406,并且可以包括四個(gè)步進(jìn)電機(jī),這些步進(jìn)電機(jī)提供目標(biāo)的4軸運(yùn)動(dòng),即x、v、z以及繞z軸的旋轉(zhuǎn)。這樣,如圖4b所示的系統(tǒng)400能夠沿包括z方向在內(nèi)的所有可能方向掃描位置定位器系統(tǒng)410中的接收二器線圈上方的金屬目標(biāo)408,以產(chǎn)生不同的氣隙。如前所述,氣隙是金屬目標(biāo)408與放置位置定位系統(tǒng)410的發(fā)射線圈和接收線圈的pcb之間的距離。這樣的系統(tǒng)可以用于位置定位器系統(tǒng)410的校準(zhǔn)、線性化和分析。圖4c示出在具有發(fā)射線圈106和接收線圈104的旋轉(zhuǎn)位置定位器系統(tǒng)410上方的金屬目標(biāo)408的掃描。如圖4c所示,金屬目標(biāo)408在線圈104上方從0°掃描到θ°。圖4d示出當(dāng)如圖4c所示地掃描金屬目標(biāo)408時(shí)從線圈104測(cè)量的電壓vsin和電壓vcos與仿真的結(jié)果的比較的示例。在圖4d的特定示例中,金屬目標(biāo)408在50個(gè)位置被掃描。十字表示樣本電壓,實(shí)線表示由電磁場(chǎng)求解程序cdice-bim所仿真的值。
導(dǎo)電金屬目標(biāo)124可被定位在發(fā)射器線圈和兩個(gè)線圈上方。如圖1a所示,發(fā)射線圈106被驅(qū)動(dòng)以形成磁場(chǎng)108。發(fā)射線圈106可以以一定頻率范圍或特定頻率被驅(qū)動(dòng)。在圖1a中,磁場(chǎng)108(其中用箭頭示出正電流)在每個(gè)導(dǎo)線周圍是圓形的,并且在線圈106內(nèi)沿著指出頁(yè)面的方向且在線圈108的外部沿著進(jìn)入頁(yè)面的方向,其中電流方向如圖1a所示。如圖1b所示,接收線圈104位于線圈106內(nèi)部。發(fā)射線圈106可以以可以產(chǎn)生用于在線圈104中感應(yīng)電壓的電磁場(chǎng)108的任何頻率被驅(qū)動(dòng)。通常,可以存在任意數(shù)量的接收二器線圈,然而,為了便于時(shí)論,下文時(shí)論具有兩個(gè)線圈的系統(tǒng)。圖1b示出發(fā)射線圈(tx)106內(nèi)的傳感器接收線圈(rx)104的布置。如圖1b所示,傳感器接收線圈104包括正弦波定向線圈rxsin112和余弦定向信號(hào)線圈rxcos110。正弦波定向線圈rxsin112包括正弦環(huán)路114、正弦環(huán)路116和正弦環(huán)路118,其中,線圈112沿同相或反相方向(此處描繪為順時(shí)針或逆時(shí)針圖示)纏繞,以由于電磁場(chǎng)108的存在而在環(huán)路中產(chǎn)生相反符號(hào)的電壓。如圖所示,正弦波定向線圈112的布線提供環(huán)路114和環(huán)路118的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生標(biāo)稱正電壓、以及環(huán)路116的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生標(biāo)稱負(fù)電壓。類似地。傳感器線圈效果,無錫東英電子有限公司。
圖2b示出金屬目標(biāo)124相對(duì)于正弦定向線圈112和余弦定向線圈110處于90°位置。如圖2b所示,在正弦定向線圈112中,金屬目標(biāo)124完全覆蓋環(huán)路116,并且使環(huán)路114和環(huán)路118未被覆蓋。結(jié)果,vc=1/2、vd=0、以及ve=1/2,因此vsin=vc+vd+ve=1。類似地,在余弦定向線圈110中,環(huán)路120的一半被覆蓋,導(dǎo)致va=-1/2,并且環(huán)路122的一半被覆蓋,導(dǎo)致vb=1/2。因此,由va+vb給出的vcos為0。類似地,圖2c示出金屬目標(biāo)124相對(duì)于正弦定向線圈112和余弦定向線圈110處于180°位置。因此,正弦定向線圈112中的環(huán)路116和環(huán)路118的一半被金屬目標(biāo)124覆蓋,而余弦定向環(huán)路110中的環(huán)路122被金屬目標(biāo)124覆蓋。因此va=-1、vb=0、vc=1/2、vd=-1/2、以及ve=0。結(jié)果,vsin=0且vcos=-1。圖2d示出vcos和vsin相對(duì)于具有圖2a、圖2b和圖2c中提供的線圈拓?fù)涞慕饘倌繕?biāo)124的角位置的曲線圖。如圖2d所示,可以通過處理vcos和vsin的值來確定角位置。如圖所示,通過從定義的初始位置到定義的結(jié)束位置對(duì)目標(biāo)進(jìn)行掃描,將在的輸出中生成圖2d中所示的正弦(vsin)和余弦(vcos)電壓。金屬目標(biāo)124相對(duì)于接收線圈104的角位置可以根據(jù)來自正弦定向線圈112的vsin和余弦定向線圈110的vcos的值來確定,如圖2e所示。傳感器線圈品牌,無錫東英電子有限公司。湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表
尼龍傳感器線圈,無錫東英電子有限公司。湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表
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)專利申請(qǐng),這些申請(qǐng)中的每個(gè)申請(qǐng)通過引用整體并入本文。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、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。處理器使用來自線圈的信號(hào)來確定金屬目標(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,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。湖南傳感器線圈報(bào)價(jià)表
文章來源地址: http://www.cdcfah.com/cp/2529560.html
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