則可以使用類似于以下中提供的計算上代價更高的體積積分公式或有限元建模來對目標(biāo)進(jìn)行建模:bettini,m.、passarotto,艮、specogna,“avolumeintegralformulationforsolvingeddycurrentproblemsonpolyhedralmesses(解決多面體對象的渦電流問題的體積積分公式)”,ieee磁學(xué)學(xué)報,第53卷,第6期,7204904,2017。如圖10f進(jìn)一步所示,金屬目標(biāo)1024的表面被表示為被網(wǎng)格元素1026覆蓋。網(wǎng)格元素1026是非重疊的多邊形,通常為三角形,其覆蓋金屬目標(biāo)1024的整個表面并形成離散表面。如圖10a所示,一旦在704的步驟1008中執(zhí)行對金屬目標(biāo)1024的仿真,則在步驟1010中對接收器線圈804和接收器線圈806的響應(yīng)進(jìn)行仿真。如算法704中進(jìn)一步示出的,仿真704在整個位置定位器系統(tǒng)800上掃描目標(biāo),并且“經(jīng)計算機(jī)(insilico)”針對目標(biāo)1024的所有指定位置估計接收線圈804和接收線圈806上的電壓。如在圖7a所示的算法700的步驟712中進(jìn)一步示出的,接收線圈804和接收線圈806的形狀,同時假設(shè)發(fā)射線圈以佳的可能的方式適應(yīng)于傳感器800的所有非理想性。鑒于無法完全消除非理想性,這了佳解決方案,并且如上所述,在仿真算法704中使用了若干個近似。圖11示出算法712的示例。在算法712中??諝鈧鞲衅骶€圈,無錫東英電子有限公司。高溫傳感器線圈服務(wù)至上
對于16比特寄存器,fs為2e16-1=65535。圖6示出通過上式確定的用fnl%fs表示的誤差。目標(biāo)是以盡可能佳的準(zhǔn)確性(例如,%fs或更小)產(chǎn)生位置感測。如果使用試錯法設(shè)計pcb上的線圈設(shè)計,則可獲得的佳準(zhǔn)確性為%fs-3%fs。在pcb上形成的傳感器中,有兩個接收器線圈和一個發(fā)射器線圈。測量位置的準(zhǔn)確性與線圈設(shè)計極為相關(guān)。pcb上的試錯線圈設(shè)計已經(jīng)經(jīng)驗性地嘗試解決這些問題。然而,這種簡化但不準(zhǔn)確的方法只能考慮有限的問題。所有這些過程都無法得到成功的設(shè)計,這是因為整個系統(tǒng)(線圈-目標(biāo)-跡線)要比容易解決的更復(fù)雜,并且,如果所得到的線圈設(shè)計將滿足期望的準(zhǔn)確性規(guī)范,則佳解決方案必須考慮更大量的參數(shù)。圖7a示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的用于提供準(zhǔn)確的位置定位系統(tǒng)的印刷電路板上的線圈設(shè)計的算法700??梢栽诰哂凶銐虻挠嬎隳芰韴?zhí)行適當(dāng)?shù)姆抡娴挠嬎阆到y(tǒng)上執(zhí)行算法700。這樣的系統(tǒng)通常包括被耦合到存儲器的處理器。存儲器可以包括用于存儲數(shù)據(jù)和編程的易失性存儲器或非易失性存儲器二者。在一些情況下,可以使用固定存儲,例如硬盤驅(qū)動器。該系統(tǒng)將包括用戶接口,例如鍵盤、觸摸屏、視頻顯示器、指示設(shè)備或其他常見組件。該系統(tǒng)將能夠執(zhí)行這里描述的算法。工業(yè)傳感器線圈工作原理傳感器線圈的電磁兼容性測試是產(chǎn)品認(rèn)證的一部分。
根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)塊狀導(dǎo)體置于交變磁場或在固定磁場中運動時,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)行非電量的測量。一、工作原理電渦流式傳感器由傳感器激勵線圈和被測金屬體組成。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,當(dāng)傳感器激勵線圈中通過以正弦交變電流時,線圈周圍將產(chǎn)生正選交變磁場,是位于蓋磁場中的金屬導(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。新的交變磁場阻礙原磁場的變化,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的等效阻抗Z為式中,ρ為被測體的電阻率;μ為被測體的磁導(dǎo)率;r為線圈與被測體的尺寸因子;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,線圈阻抗的變化完全取決于被測金屬的電渦流效應(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),如果測出傳感器線圈阻抗的變化,就可以確定該參數(shù)。在實際應(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,來實現(xiàn)位移和距離測量。二、等效電路討論電渦流式傳感器時。
它們允許將發(fā)射線圈802的跡線連接在pcb的側(cè)面之間。如圖8a和圖8b進(jìn)一步所示,接收線圈包括余弦定向線圈804和正弦定向線圈806。余弦定向線圈804包括通孔818,其允許余弦定向線圈804的導(dǎo)線跡線從pcb的一側(cè)過渡到另一側(cè)。類似地,正弦定向線圈806包括通孔820,其允許在pcb的側(cè)面之間過渡正弦定向線圈806的布線。線圈布局800中包括的另一個特征是阱808、810和812的增加,這些阱進(jìn)一步補(bǔ)償由發(fā)射線圈802生成的場的不均勻性以及由該不均勻性生成的所得偏移誤差。如線圈設(shè)計800中所示,提供阱808和阱810來調(diào)整正弦定向線圈804,并設(shè)置阱812來調(diào)整余弦定向線圈806。此外,可以提供通孔822和通孔824,使得阱808和阱812的跡線可以分別在pcb的任一側(cè)上。阱808、阱810和阱812可以例如補(bǔ)償由于發(fā)射線圈802生成的場中的不均勻性而引起的接收線圈804和接收線圈806中的偏差。圖9a、圖9b和圖9c示出根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的另一種線圈設(shè)計。與線圈設(shè)計800所示的線性位置系統(tǒng)不同,圖9a、圖9b和圖9c所示的線圈設(shè)計900示出旋轉(zhuǎn)位置系統(tǒng)。如線圈設(shè)計900中所示,發(fā)射線圈902、余弦定向接收線圈904和正弦定向接收器線圈906以圓形方式定向。此外,發(fā)射線圈902包括具有引線920的變形部分916。傳感器線圈的電磁場強(qiáng)度是其測量能力的關(guān)鍵指標(biāo)。
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。傳感器線圈型號,無錫東英電子有限公司。北京工程傳感器線圈
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與用戶交互,并輸出終的線圈設(shè)計,以產(chǎn)生具有優(yōu)化設(shè)計的印刷電路板。如圖7a所示,算法700以輸入步驟702開始。在步驟702中,輸入線圈設(shè)計以進(jìn)行優(yōu)化。具體地,輸入發(fā)射線圈和接收線圈的坐標(biāo)、布局和特性,包括與連接節(jié)點、通孔有關(guān)的信息、以及關(guān)于這些線圈的其他參數(shù)。另外,輸入金屬目標(biāo)的設(shè)計,包括金屬目標(biāo)與線圈之間的氣隙距離。此外,提供所得到的位置定位系統(tǒng)的準(zhǔn)確性的期望規(guī)范。還輸入系統(tǒng)操作參數(shù)(例如,期望驅(qū)動發(fā)射線圈的頻率和強(qiáng)度)。一旦在步驟702中將數(shù)據(jù)輸入到算法700,算法700就繼續(xù)到步驟704。圖7c示出指示步驟702的線圈設(shè)計參數(shù)的輸入的屏幕快照。在步驟704中,仿真在金屬目標(biāo)位于其掃描中的不同位置處時對輸入發(fā)射線圈的電力的響應(yīng)。具體地,確定響應(yīng)于由發(fā)射線圈所生成的場而由金屬目標(biāo)生成的場。根據(jù)這些場,仿真當(dāng)前線圈設(shè)計的接收線圈的響應(yīng)。根據(jù)接收線圈響應(yīng),將根據(jù)接收線圈響應(yīng)計算出的金屬目標(biāo)的位置與仿真過程中設(shè)定的金屬目標(biāo)的位置進(jìn)行比較。在步驟706中,將仿真的位置與金屬目標(biāo)的設(shè)定位置進(jìn)行比較。在步驟708中,如果滿足規(guī)范,則算法700進(jìn)行到步驟710,在步驟710處輸出終的優(yōu)化線圈設(shè)計。在步驟708中,如果不滿足規(guī)范。高溫傳感器線圈服務(wù)至上