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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,高速傳感器線圈 氣動(dòng),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),高速傳感器線圈 氣動(dòng)。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,高速傳感器線圈 氣動(dòng),這取決于金屬目標(biāo)124相對(duì)于接收線圈104的位置。汽車傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。高速傳感器線圈 氣動(dòng)
此處提供的電壓描述是成比例的,并且被描述為完整環(huán)路(環(huán)路120、環(huán)路122和環(huán)路116)的比例可以具有大表示1,而環(huán)路114和環(huán)路118可以具有大表示1/2。符號(hào)環(huán)路的參考方向,其導(dǎo)致從該環(huán)路生成電壓。參考方向是任意的,并且無(wú)論選擇兩個(gè)可能的方向中的哪一個(gè)方向來(lái)表示正方向,都可以計(jì)算出一致的結(jié)果。然而,在金屬目標(biāo)124被放置在0°位置的情況下,正弦定向線圈112的環(huán)路114中的磁場(chǎng)108被金屬目標(biāo)124中生成的渦電流抵消,使得vc=0。在正弦定向線圈112的環(huán)路116中,環(huán)路116在金屬目標(biāo)124下方的一半中的磁場(chǎng)108被金屬目標(biāo)124中形成的渦電流抵消,但是環(huán)路116不在金屬目標(biāo)124下方的一半中的磁場(chǎng)108生成電壓。由于環(huán)路116的一半被暴露,因此生成的電壓為vd=-1/2。此外,在正弦定向線圈112的環(huán)路118中生成電壓,使得ve為1/2。然而,由環(huán)路116生成的電壓被在環(huán)路118中生成的電壓抵消,導(dǎo)致正弦定向環(huán)路112兩端的電壓信號(hào)為0;vsin=vc+vd+ve=0。在金屬目標(biāo)124相對(duì)于余弦定向線圈110的相同定向下,環(huán)路120被金屬目標(biāo)124覆蓋,使得va=0。環(huán)路122被暴露,使得vb=1。因此,余弦定向線圈110兩端的電壓vcos由va+vb=1給出。耐磨傳感器線圈介紹新傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。
對(duì)于理解仿真是否正確執(zhí)行以及仿真是否反映設(shè)計(jì)中存在的所有非理想性是非常重要的。一旦驗(yàn)證了正確仿真pcb上發(fā)線圈的能力,便可以將現(xiàn)有設(shè)計(jì)輸入到算法700的步驟702,并以提高得到的位置定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性(例如,偏差和非線性)的方式進(jìn)行修改。該方法可以在圖7a的步驟704、步驟706、步驟708和步驟712所示的迭代算法中自動(dòng)完成,并且在步驟704中使用仿真代碼和在步驟712中使用線圈設(shè)計(jì)代碼以收斂于優(yōu)設(shè)計(jì)。然后可以在eda工具的幫助下,將在步驟710中輸出的經(jīng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)線圈印刷在pcb上。可以以與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)計(jì)非常相同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)全新的設(shè)計(jì)。具體地,可以將新設(shè)計(jì)輸入到算法700的步驟702,并且可以執(zhí)行算法700以優(yōu)化線圈設(shè)計(jì)。然后可以將在算法700的步驟710中輸出的經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)輸入到算法720,并且可以實(shí)際產(chǎn)生該設(shè)計(jì)以進(jìn)行測(cè)試。如上所述,算法720然后可以驗(yàn)證經(jīng)優(yōu)化的線圈設(shè)計(jì)的操作。算法700的步驟712中執(zhí)行的線圈設(shè)計(jì)工具可用于根據(jù)在步驟704中由仿真工具執(zhí)行的仿真,使用步驟712的線圈設(shè)計(jì)工具來(lái)設(shè)計(jì)pcb上的正弦和余弦的幾何形狀。如算法700所示的用于優(yōu)化線圈設(shè)計(jì)的迭代算法包括步驟704中的仿真工具和步驟712中的線圈設(shè)計(jì)工具。具體地。
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),線圈周圍將產(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)。其它傳感器線圈,無(wú)錫東英電子有限公司。
發(fā)射/接收電路102和接收線圈104之間的金屬跡線的連接以及發(fā)射/接收電路102和發(fā)射線圈106之間的金屬跡線的連接,其也對(duì)所生成的電磁場(chǎng)有貢獻(xiàn);金屬目標(biāo)124與安裝有接收線圈104和發(fā)射線圈106的pcb之間的氣隙(ag);正弦定向線圈112和余弦定向線圈110之間的幅度偏差;來(lái)自正弦定向線圈112和余弦定向線圈110的接收信號(hào)之間的失配;正弦定向線圈112和余弦定向線圈110中的不同的耦合效應(yīng)。此外,金屬目標(biāo)124和pcb之間的氣隙(ag)與位置確定的準(zhǔn)確性之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。此外,在理想情況下,正弦定向線圈112和余弦定向線圈110的拓?fù)涫抢硐氲娜呛瘮?shù),但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中,這些線圈104不是理想的,并且具有若干個(gè)通孔,以允許通過(guò)使用pcb的兩面將跡線互相盤繞在pcb上。圖3a示出被定向在pcb(為清楚起見(jiàn),圖3a中未示出)上的正弦定向線圈112。pcb被定位為使得形成正弦定向線圈112的跡線被定位在pcb的頂側(cè)和底側(cè)。在本公開(kāi)中,對(duì)pcb的頂側(cè)或底側(cè)的引用指示pcb的相對(duì)側(cè),并且關(guān)于pcb的定向沒(méi)有其他含義。通常,位置定位系統(tǒng)被定位成使得pcb的頂側(cè)面向金屬目標(biāo)124的表面。圖3b示出pcb322的頂側(cè),在頂側(cè)上形成用于形成發(fā)射線圈106、正弦定向線圈112和余弦定向線圈110的頂側(cè)跡線。傳感器線圈種類,無(wú)錫東英電子有限公司。管道傳感器線圈資料
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金屬目標(biāo)與多個(gè)線圈中的每個(gè)線圈之間可以是不同的耦合效果。這些和其他因素可能導(dǎo)致位置定位系統(tǒng)的不準(zhǔn)確的結(jié)果。因此,需要開(kāi)發(fā)更好的設(shè)計(jì)傳感器線圈的方法,其為位置感測(cè)提供更好的準(zhǔn)確度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:在一些實(shí)施例中,提供了一種線圈設(shè)計(jì)系統(tǒng)。具體地,提出一種提供經(jīng)優(yōu)化的位置定位傳感器線圈設(shè)計(jì)的方法。該方法包括:接收線圈設(shè)計(jì);利用該線圈設(shè)計(jì)對(duì)位置確定進(jìn)行仿真,以形成仿真性能;將仿真響應(yīng)與規(guī)范進(jìn)行比較以提供比較;以及基于仿真性能和性能規(guī)范之間的比較來(lái)修改線圈設(shè)計(jì),以獲得更新的線圈設(shè)計(jì)。下文結(jié)合附圖討論這些和其他實(shí)施例。附圖說(shuō)明圖1a和圖1b示出用于確定目標(biāo)的位置的線圈系統(tǒng)。圖2a、圖2b、圖2c、圖2d和圖2e示出在整個(gè)線圈系統(tǒng)上掃描金屬目標(biāo)時(shí)的線圈的響應(yīng)。圖3a和圖3b示出線圈系統(tǒng)中的印刷電路板上的接收線圈的配置。圖3c示出由線圈系統(tǒng)中的發(fā)射線圈生成的電磁場(chǎng)的非均一性。圖3d和圖3e示出由線圈系統(tǒng)中的線圈測(cè)量的場(chǎng)的差異。圖4a示出測(cè)試位置定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性的測(cè)試設(shè)備的框圖。圖4b示出諸如圖4a所示的測(cè)試設(shè)備。圖4c示出利用圖4b所示的測(cè)試設(shè)備來(lái)測(cè)試位置定位系統(tǒng)。高速傳感器線圈 氣動(dòng)
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