高溫磁懸浮軸承若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為21世紀先進航空發(fā)動機關(guān)鍵新技術(shù)之一的多電發(fā)動機具有普通發(fā)動機無法比擬的優(yōu)點，而它的一個核心關(guān)鍵技術(shù)就是高溫磁懸浮軸承技術(shù)。文中主要對高溫磁懸浮軸承中的高溫位移傳感器和數(shù)字化電控系統(tǒng)這兩項關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。
　　 文中成功地研制了能工作在550℃環(huán)境下的差動變壓器式位移傳感器，對工作溫度升高影響差動變壓器式位移傳感器性能的機理和特征以及所采用的溫度補償技術(shù)進行了研究，解決了由于溫度升高帶來的位移傳感器靈敏度升高、溫漂和時漂

2、的技術(shù)難題，通過在高溫下對差動變壓器式位移傳感器進行標定得到高溫下位移傳感器的各項性能，研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度從常溫22℃升高到550℃時，降低初級線圈激勵頻率可使位移傳感器靈敏度隨溫度的增幅降低，激勵頻率在10kHz時，位移傳感器靈敏度的增幅為4.2％；當位移傳感器靈敏度為20 mV/μm時，不采用溫度補償技術(shù)時，位移傳感器的最大溫漂和時漂分別為344 mV，17 mV，采用溫度補償技術(shù)后，位移傳感器的最大溫漂和時漂分別為150 mV

3、，10 mV，相當于被測物體只有7.5μm和0.5μm的位移；在550℃時，測量范圍在-0.35 mm～+0.35 mm時，位移傳感器的靈敏度為19.62mV/μm，線性度為0.74％，重復性為±0.97％，遲滯性±0.40％，截止頻率為800 Hz；將研制的高溫位移傳感器應用到單自由度高溫磁懸浮軸承試驗臺上實現(xiàn)了被懸浮物體的穩(wěn)定懸浮。
　　 針對高溫磁懸浮軸承中被測物體被一層金屬隔層完全封閉的應用場合，文中建立了帶有金屬隔層的

4、差動變壓器式位移傳感器的數(shù)學模型，推導了金屬隔層材料的磁性能與電性能對傳感器性能影響的理論計算公式，采用MATLAB和ANSOFT分別對無和有金屬隔層這兩種情況下傳感器的性能進行了仿真研究，并將有金屬隔層的差動變壓器式位移傳感器應用到一個五自由度磁懸浮軸承試驗臺上進行了試驗研究，研究結(jié)果表明：當傳感器初級線圈激勵頻率為10 kHz，在離差動變壓器式位移傳感器鐵芯0.15 mm處加入0.15 mm厚的黃銅，位移傳感器靈敏度下降了8.18％

5、，但線性度提高了38.7％，同時位移傳感器的截止頻率降低了5％；在差動變壓器式位移傳感器與轉(zhuǎn)子之間加入0.15 mm厚的黃銅，五自由度磁懸浮軸承試驗臺仍然能實現(xiàn)磁懸浮轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮和高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30000 r/min。
　　 文中分析了用于磁懸浮軸承的位移傳感器所產(chǎn)生的測量誤差對磁懸浮軸承工作性能的影響機理及特征，推導了差動變壓器式位移傳感器和電渦流傳感器的測量誤差與傳感器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，安裝方式和安裝位置之間的理論關(guān)系，該研究

6、為高溫磁懸浮軸承用位移傳感器的設(shè)計和安裝奠定了一定理論基礎(chǔ)。
　　 針對磁懸浮軸承電控系統(tǒng)中的位移傳感器處理電路，提出了用數(shù)字同步解調(diào)、Costas環(huán)和FFT變換法的思想，采用FPGA芯片以軟件的形式實現(xiàn)了處理電路的硬件功能，運用MATLAB對三種信號處理方法進行了仿真研究并在位移傳感器靜態(tài)標定專用裝置上進行了試驗研究，得到三種處理方法下的差動變壓器式位移傳感器的各項性能，研究結(jié)果表明：在位移傳感器性能、所占硬件資源和延時時間上