CN102435131A - 径向位移传感器及磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种径向位移传感器及磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，所述位移传感器包括检测单元和调整单元，所述调整单元用于根据不同磁悬浮分子泵的零件加工和装配精度差异，调整径向位移传感器输出信号的电压幅值。本发明提供的磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统包括上述径向位移传感器，将所述径向位移传感器设置于泵体内，将解调单元和处理单元设置在控制器内，可以实现磁悬浮分子泵与控制器间的互换性，同时能够提高所述径向位移传感器远距离传输时输出信号的信噪比，保证信号质量。
Description
技术领域
本发明涉及传感器和真空获得设备技术领域，具体涉及一种径向位移传感器及磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统。
背景技术
磁悬浮分子泵是一种采用磁轴承作为分子泵转子支承的分子泵，它利用磁轴承将转子稳定地悬浮在空中，使转子在高速工作过程中与定子之间没有机械接触，具有无机械磨损、能耗低、允许转速高、噪声低、寿命长、无需润滑等优点，目前磁悬浮分子泵广泛地应用于高真空度、高洁净度真空环境的获得等领域中。
磁悬浮分子泵的一般结构如图1所示，其中磁悬浮分子泵的转子包括转子轴7和与所述转子轴7固定连接的叶轮1。转子轴7的下部设置有第一轴向磁轴承13、第二轴向磁轴承15和用于检测所述转子轴向位移信号的轴向位移传感器16等。所述转子轴7的中部依次间隔地套设有第一径向位移传感器5、第一径向磁轴承6、电机8、第二径向磁轴承9和第二径向位移传感器10等装置。磁悬浮分子泵还配置有控制其运转的控制器2，所述控制器2根据径向位移传感器(所述第一径向位移传感器5和所述第二径向位移传感器10)的输出信号运算分析得出转子的径向位移，进而能够驱动相应的径向磁轴承(所述第一径向磁轴承6和所述第二径向磁轴承9)输出电磁力对转子的径向运动进行控制。因此，信号质量良好的径向位移传感器对于磁悬浮分子泵来说至关重要。
现有技术中，磁悬浮分子泵常用的径向位移传感器为电感式传感 器，它是利用电磁感应把被测物体的位移转换成线圈的自感系数和互感系数的变化，再由电路转换为电压或电流的变化量输出，从而实现位移检测功能。
现有磁悬浮分子泵中的电感式径向位移传感器包括位移传感器定子，位移传感器定子的内壁均匀地设置有2N个磁极(N为整数且2≤N≤5)，将2N个磁极分为X向磁极对组和Y向磁极对组。X向磁极对组和Y向磁极对组各包含两个相对设置的磁极对(磁极对个数为四个，即X正向磁极对、X负向磁极对、Y正向磁极对和Y负向磁极对)，每个磁极对中包含2N-2个磁极。每个磁极对上分别缠绕有电感线圈称为磁极对线圈，该磁极对线圈可以采取两种设置方式：
1)在一个磁极对中，每个磁极上分别缠绕一个电感线圈，所述磁极对线圈由每个磁极上缠绕的电感线圈相互串联组成；
2)在一个磁极对中，用一个电感线圈均匀缠绕在磁极对中的所有磁极上，该电感线圈即为上述磁极对线圈。
如图2所示，以N＝3为例，8个磁极均匀地设置在位移传感器定子的内壁，8个磁极形成四个磁极对I-IV，磁极对I和磁极对III构成X向磁极对组，磁极对II和磁极对IV构成Y向磁极对组，磁极对I-IV上均缠绕有电感线圈。其中，磁极对I线圈和磁极对III线圈用于测量转子在X方向上的位移，磁极对II线圈和磁极对IV线圈用于测量转子在Y方向上的位移。
如图3所示为电感式径向位移传感器的原理图，其中S表示频率和幅值固定的正弦电压信号(激励信号)，G表示地。其工作原理叙述如下：
(1)当转子静止不动时，四个磁极对线圈的感抗不发生变化， 电感式径向位移传感器的X向输出Vx和Y向输出Vy保持不变。
(2)当转子靠近磁极对I线圈时，磁极对I线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的X向输出Vx变小；当转子靠近磁极对III线圈时，磁极对III线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的X向输出Vx增大。
(3)当转子靠近磁极对II线圈时，磁极对II线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的Y向输出Vy变小；当转子靠近磁极对IV线圈时，磁极对IV线圈的感抗增加，则电感式径向位移传感器的Y向输出Vy增大。
上述Vx和Vy均为频率固定且幅值随转子位移的变化而变化的正弦电压信号。控制器内的解调电路将这两个正弦电压信号解调为直流电压信号，该直流电压信号的幅值是关于转子与某一磁极对线圈之间距离的函数，即V0＝f(L)(L表示转子与磁极对线圈的距离)。解调处理后，控制器内的处理芯片可以直接检测并分析该直流电压信号，得到转子与某一磁极对线圈的距离。
径向位移传感器输出信号的电压幅值范围必须满足控制器内解调电路对输入信号电压幅值范围的要求。设解调电路输入端输入信号的电压幅值范围必须在[-U1，U2]的区间内(U1，U2均为大于零的常数)，而径向位移传感器的输出信号的电压幅值范围在[-U3，U4]的区间内变化(U3，U4均为大于零的常数)，则径向位移传感器的输出信号的电压幅值范围满足解调电路对输入信号电压幅值范围的要求即：(U1+U2)≥(U3+U4)。并且，当转子位于径向传感器定子内圆中心时，径向位移传感器的X向输出信号Vx的幅值和Y向输出信号Vy的幅值 Vxm和Vym应为零；当转子位于X正向极限位置或Y正向极限位置时，径向位移传感器的X向输出信号Vx或Y向输出信号Vy的电压幅值达到正的极限值Vxmax+或Vymax+；当转子位于X负向极限位置或Y负向极限位置时，径向位移传感器的X向输出信号Vx或Y向输出信号Vy的电压幅值达到负的极限值Vxmax-或Vymax-，且满足Vxm a-x＝-Vx+m，Vymax-＝-Vymax+。
然而，由于磁悬浮分子泵的定子和转子在加工和装配过程中均可能存在误差，会造成磁悬浮分子泵在装配完成后径向位移传感器输出的电压信号不满足后续解调电路对输入电压的要求。当转子位于径向传感器定子内圆中心时，径向位移传感器输出信号的电压幅值Vxm和Vym并不为零，而是等于Vxmid和Vymid；当转子位于径向X正向极限位置或Y正向极限位置时，径向位移传感器的输出信号的电压幅值为Vxmid+Vxmax+或Vymid+Vymax+；当转子位于X负向极限位置或Y负向极限位置时，径向位移传感器的X向输出信号或Y向输出信号的电压幅值为Vxmid+Vxmax-或Vymid+Vymax-。这样一来，控制器2对转子位移的控制方法和控制参数需要重新调整，控制过程变得很复杂。而且，如果Vxmid和Vymid的值过大时，有可能导致径向位移传感器输出信号的电压幅值不在控制器内解调电路输入端输入信号电压幅值的[-U1，U2]的区间范围内，使控制器2无法正常工作。
为解决上述问题，可根据每台磁悬浮分子泵的具体情况利用每台磁悬浮分子泵特定的传感器调整电路对径向位移传感器的输出信号进行调整。调整时，设置径向位移传感器的X方向偏置电压为-Vxmid和Y方向偏置电压-Vymid，保证转子位于径向位移传感器定子内圆中心时，径向位移传感器输出信号的电压幅值为零，从而保证径向位移传 感器输出电压信号的幅值能够满足控制器内解调电路对输入电压的要求(在预设范围内)，可作为解调电路的输入信号进行后续处理。
在现有技术中，上述传感器调整电路、解调电路和处理芯片均设置在控制器内部的电路板上，径向位移传感器的输出信号必需经过传感器调整电路的调整后传送给解调电路，解调完成后再传送给控制器的处理芯片，进行分析处理后获得转子的位移。
因此，每个磁悬浮分子泵与其控制器之间是一一对应的配合关系。当某个磁悬浮分子泵需要更换控制器时，就必需对新控制器的传感器调整电路进行重新调整；同样，当某个控制器需要对其他磁悬浮分子泵进行控制时，也必需对控制器内的传感器调整电路进行重新调整，使该磁悬浮分子泵径向位移传感器的偏置电压满足要求，以保证径向位移传感器输出的电压信号幅值在控制器解调电路输入端的电压预设范围。也就是说，磁悬浮分子泵与其控制器之间没有互换性，不满足批量生产的要求。
为了解决磁悬浮分子泵与控制器的互换性问题，部分厂家将控制器内的传感器调整电路和解调电路均设置于磁悬浮分子泵的泵体之内，控制器内处理芯片的输入端直接与泵体内解调电路的输出端相连。上述设置方式虽然能够实现磁悬浮分子泵与控制器的互换性，但是存在如下问题：由于磁悬浮分子泵径向位移传感器只能通弱电电流，且控制器内处理芯片的工作电压幅值也比较小(一般不超过15V)，因此经解调电路解调之后的直流电压信号幅值较小，而小幅值直流电压信号的传输距离有限，当需要远距离(≥10米)传输时，该直流电压信号极有可能被噪声淹没，导致控制器内处理芯片接收不到有效的信号，不能实现控制器对磁悬浮分子泵的远距离控制。为了提高信号质量，可以对该直流电压信号进行进一步处理，比如：将该直流电 压信号转化为电流信号或者使该直流电压信号满足很高的信号滤波要求等，但是采取以上措施会增加成本并且使系统的结构更加复杂。
发明内容
本发明所要解决的是现有技术中磁悬浮分子泵与其控制器之间互换性差，以及为解决互换性差导致的磁悬浮分子泵径向位移传感器信号远距离传输时信号传输质量差的技术问题。进而提供一种既能够解决磁悬浮分子泵与控制器的互换性问题，又能够实现信号远距离传输的径向位移传感器及磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统。
为解决上述技术问题，本发明提供一种径向位移传感器，其信号输出端与磁悬浮分子泵的控制器2内解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，包括：
位移传感器定子20，固定设置在所述磁悬浮分子泵的泵体3内，所述位移传感器定子20的内壁均匀设有2N个磁极，N为整数且2≤N≤5，2N个磁极形成四个磁极对，每个磁极对中包含2N-2个磁极，四个所述磁极对包括X正向磁极对、X负向磁极对、Y正向磁极对和Y负向磁极对，所述X正向磁极对和所述X负向磁极对形成X向磁极对组，所述Y正向磁极对和所述Y负向磁极对形成Y向磁极对组；
检测单元，包括X向检测模块和Y向检测模块；
所述X向检测模块，设置在所述X向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述磁悬浮分子泵的转子在X方向的位置；
所述Y向检测模块，设置在所述Y向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述转子在Y方向的位置；
还包括调整单元，设置于所述泵体3内，用于根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值；所述调整单元包括：
X向调整模块，与所述X向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器X向输出信号的电压幅值；
Y向调整模块，与所述Y向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器Y向输出信号的电压幅值。
上述的径向位移传感器，所述X向检测模块，包括分别设置于所述X向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个X向磁极对线圈22a，设置于所述X正向磁极对上的所述X向磁极对线圈22a为X正向线圈，设置于所述X负向磁极对上的所述X向磁极对线圈22a为X负向线圈，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间设置有所述X向检测模块的电压信号输出端；
所述Y向检测模块，包括分别设置于所述Y向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个Y向磁极对线圈22b，设置于所述Y正向磁极对上的所述Y向磁极对线圈22b为Y正向线圈，设置于所述Y负向磁极对上的所述Y向磁极对线圈22b为Y负向线圈，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间设置有所述Y向检测模块的电压信号输出端。
上述的径向位移传感器，所述X向调整模块包括至少一个X向变阻器23a，所述X向变阻器23a与所述X向检测模块并联；
所述Y向调整模块包括至少一个Y向变阻器23b，所述Y向变阻器23b与所述Y向检测模块并联。
上述的径向位移传感器，所述X向调整模块，包括串联的两个所述X向变阻器23a，两个所述X向变阻器23a与所述X向检测模块以 并联的方式连接为桥式电路，所述X向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述X向变阻器23a之间，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的X向输出信号；
所述Y向调整模块，包括串联的两个所述Y向变阻器23b，两个所述Y向变阻器23b与所述Y向检测模块以并联的方式连接为桥式电路，所述Y向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述Y向变阻器23b之间，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
上述的径向位移传感器，所述X向调整模块，包括一个所述X向变阻器23a，所述X向变阻器23a与所述X向检测模块并联，所述X向变阻器23a的调整端为所述X向调整模块的电压信号输出端，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的X向输出信号；
所述Y向调整模块，包括一个所述Y向变阻器23b，所述Y向变阻器23b与所述Y向检测模块并联，所述Y向变阻器23b的调整端为所述Y向调整模块的电压信号输出端，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
上述的径向位移传感器，所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值均可调，通过调节所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值，来调整所述径向位移传感器X向、Y向输出信号的电压幅值。
上述的径向位移传感器，所述位移传感器定子20的内壁均匀设有八个磁极(N＝3)，每个磁极对中包含两个磁极，其中磁极对I为所述X正向磁极对，磁极对III为所述X负向磁极对，磁极对I和磁极对III形成所述X向磁极对组，所述磁极对I和所述磁极对III上分别设有所述X向磁极对线圈22a，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈22a与所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈22a串联，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈22a为所述X正向线圈，所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈22a为所述X负向线圈；
磁极对IV为所述Y正向磁极对，磁极对II为所述Y负向磁极对，磁极对II和磁极对IV形成所述Y向磁极对组，所述磁极对II和所述磁极对IV上分别设有所述Y向磁极对线圈22b，所述磁极对II上的所述Y向磁极对线圈22b与所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈22b串联，所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈22b为所述Y正向线圈，所述磁极对II上的所述Y向磁极对线圈22b为所述Y负向线圈。
本发明还提供一种包括上述径向位移传感器的磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，包括上述径向位移传感器、解调单元和处理单元；
所述径向位移传感器，设置在所述磁悬浮分子泵的泵体3内，其信号输出端与所述解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足所述解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，所述径向位移传感器包括根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和 装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号电压幅值的调整单元；
所述解调单元，设置于所述磁悬浮分子泵的控制器2内，用于解调所述径向位移传感器的输出信号；
所述处理单元，设置于所述控制器2内，所述处理单元的信号输入端与所述解调单元的信号输出端连接，用于接收所述解调单元的输出信号并根据所述解调单元的输出信号分析获得所述磁悬浮分子泵的转子径向位移量。
上述的磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，所述调整单元根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值，使转子位于所述径向位移传感器定子20内圆中心时，所述径向位移传感器输出信号的电压幅值为零。
本发明的上述技术方案与现有技术相比存在如下优点：
①本发明的径向位移传感器，其设置有调整单元，根据不同磁悬浮分子泵的差异，调整径向位移传感器输出信号的电压幅值使其满足控制器内解调单元对输入信号电压幅值的要求。由于磁悬浮分子泵控制器中解调单元输入端对电压幅值的要求是统一的，将带有调整单元的上述位移传感器应用于磁悬浮分子泵后，径向位移传感器输出信号的电压幅值能够满足任一控制器解调单元的输入电压要求，在磁悬浮分子泵需要更换控制器时，无需对磁悬浮分子泵的径向位移传感器的输出电压进行重新调整，从而实现了磁悬浮分子泵与控制器之间的互换性，利于磁悬浮分子泵的推广和应用。
②本发明的径向位移传感器，其输出信号为与激励信号频率相 同的正弦信号，正弦信号可以实现较远距离的传输而不易被噪声淹没，保证了信号质量。
③本发明的径向位移传感器用于磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，将调整单元设置于泵体内、将解调单元设置于控制器内，使得磁悬浮分子泵的径向位移传感器输出信号的电压幅值能够满足任一控制器解调单元的输入电压要求，实现了磁悬浮分子泵与控制器之间的互换性；而且解调单元设置于控制器内，解调单元与控制器处理芯片之间的距离非常小，经过调整的径向传感器的输出信号为与激励信号频率相同的正弦信号，由于正弦信号自身具有适于远距离传输、不易失真的特点，从而实现了控制器的远距离控制。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为磁悬浮分子泵的结构示意图；
图2为设置八个磁极的位移传感器定子结构示意图；
图3为现有技术中电感式径向位移传感器测量电路原理图；
图4为本发明所述实施例1所述径向位移传感器测量电路原理图；
图5为本发明所述实施例2所述径向位移传感器测量电路原理图；
图6为本发明所述径向位移传感器用于磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统的结构框图；
图中附图标记表示为：1-叶轮，2-控制器，3-泵体，4-第一径向保护轴承，5-第一径向位移传感器，6-第一径向磁轴承，7-转子轴，8-电机，9-第二径向磁轴承，10-第二径向位移传感器，11-第二径向 保护轴承，12-轴向保护轴承，13-第一轴向磁轴承，14-推力盘，15-第二轴向磁轴承，16-轴向位移传感器，17-接线端子，18-位移检测装置，19-转速检测装置，20-位移传感器定子，21-磁极，22a-X向电感线圈，22b-Y向电感线圈，23a-X向变阻器，23b-Y向变阻器。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种径向位移传感器，其信号输出端与磁悬浮分子泵控制器2内解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，包括：
位移传感器定子20，固定设置在所述磁悬浮分子泵的泵体3内，所述位移传感器定子20的内壁均匀设有2N个磁极，N为整数且2≤N≤5，2N个磁极形成四个磁极对，每个磁极对中包含2N-2个磁极，四个所述磁极对包括X正向磁极对、X负向磁极对、Y正向磁极对和Y负向磁极对，所述X正向磁极对和所述X负向磁极对形成X向磁极对组，所述Y正向磁极对和所述Y负向磁极对形成Y向磁极对组；
检测单元，包括X向检测模块和Y向检测模块；
所述X向检测模块，设置在所述X向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述磁悬浮分子泵的转子在X方向的位置；所述X向检测模块，包括分别设置于所述X向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个X向磁极对线圈22a，设置于所述X正向磁极对上的所述X向磁极对线圈22a为X正向线圈，设置于所述X负向磁极对上的所述X向磁极对线圈22a为X负向线圈，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间设置有所述X向检测模块的电压信号输出端；
所述Y向检测模块，设置在所述Y向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述转子在Y方向的位置；所述Y向检测模块，包括分别设置于所述Y向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个Y向磁极对线圈22b，设置于所述Y正向磁极对上的所述Y向磁极对线圈22b为Y正向线圈，设置于所述Y负向磁极对上的所述Y向磁极对线圈22b为Y负向线圈，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间设置有所述Y向检测模块的电压信号输出端；
还包括调整单元，设置于所述泵体3内，用于根据所述不同磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值；
所述调整单元包括：
X向调整模块，与所述X向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器X向输出信号的电压幅值；所述X向调整模块，包括串联的两个所述X向变阻器23a，两个所述X向变阻器23a与所述X向检测模块以并联的方式连接为桥式电路，所述X向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述X向变阻器23a之间，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的X向输出信号；
Y向调整模块，与所述Y向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器Y向输出信号的电压幅值；所述Y向调整模块，包括串联的两个所述Y向变阻器23b，两个所述Y向变阻器23b与所述Y向检测模块以并联的方式连接为桥式电路，所述Y向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述Y向变阻器23b之间，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所 述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值均可调，通过调节所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值，来调整所述径向位移传感器X向、Y向输出信号的电压幅值。
本实施例还提供一种包括上述径向位移传感器的磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，如图6所示，包括所述径向位移传感器，解调单元和处理单元；
所述径向位移传感器，设置在所述磁悬浮分子泵的泵体3内，其信号输出端与所述解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足所述解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，所述径向位移传感器包括根据所述不同磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号电压幅值的调整单元；
所述解调单元，设置于所述磁悬浮分子泵的控制器2内，用于解调所述径向位移传感器的输出信号；
所述处理单元，设置于所述控制器2内，所述处理单元的信号输入端与所述解调单元的信号输出端连接，用于接收所述解调单元的输出信号并根据所述解调单元的输出信号分析获得所述磁悬浮分子泵的转子径向位移量。
本实施例中的转子径向位移检测系统，所述调整单元根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值，使转子位于所述径向位移传感器定子20内圆中心时，所述径向位移传感器输出信号的电压幅值为零。
如图4所示，为本实施例所述径向位移传感器的电路原理图，磁悬浮分子泵加工装配完成后，首先对径向位移传感器进行标定，获得径向位移传感器的X向输出Vx和Y向输出Vy经控制器内解调单元的解调处理后得到的电压与转子在径向传感器坐标系下X向和Y向位移值的关系：Vx＝f(x)，Vy＝f(y)；得到当转子位于所述径向保护轴承定子内圆中心时所述径向位移传感器的X向输出信号的电压幅值Vxmid和Y向输出信号的电压幅值Vymid。将转子装入磁悬浮分子泵泵体内，移动转子到所述径向保护轴承定子内圆中心处，调整两个X向变阻器23a，使得此时的径向传感器X向输出信号电压幅值为Vx＝0，而后将两个X向变阻器23a的阻值固定；调整两个Y向变阻器23b使得此时的径向传感器Y向输出信号电压幅值为Vy＝0，而后将两个Y向变阻器23b的阻值固定。至此，即可保证所述径向位移传感器的输出信号的电压幅值满足控制器内解调单元对输入信号的电压幅值的要求。
理论上，不必令转子位于所述径向位移传感器定子内圆中心后调整所述位移传感器输出信号的电压幅值为零，也可以根据所述径向位移传感器的X向输出信号Vx和所述径向位移传感器的Y向输出信号Vy经控制器内解调单元的解调处理后得到的电压与转子在径向传感器坐标系下X方向位移值和Y方向位移值的关系：Vx＝f(x)，Vy＝f(y)，直接获得在径向位移传感器坐标系下，当转子位于所述径向位移传感器定子内圆中心处时，所述径向位移传感器的X向输出信号电压幅值Vxm＝f(0)，所述径向位移传感器的Y向输出信号电压幅值Vym＝f(0)。转子位于所述径向位移传感器定子内任意一点时，都可以通过调整所述X向变阻器22a和所述Y向变阻器22b将所述径向位移传感器的X向传感器输出电压Vx调整为V′x＝Vx-Vxm，将所述径向位移传感器Y向传感器输出电压Vy调整为V′y＝Vy-Vym，从而可以保证转子位于所述径 向位移传感器定子内圆中心时，所述径向位移传感器输出信号的电压幅值为零。
或者，将转子装入磁悬浮分子泵泵体内，移动转子到X正向极限位置，测量所述径向位移传感器的X向输出信号的电压幅值Vxmax+；移动转子到X负向极限位置，测量所述径向位移传感器的X向输出信号的电压幅值Vxmax-；计算得到当转子位于所述径向位移传感器定子内圆中心处时，所述径向位移传感器的X向输出信号电压幅值Vxmid＝(Vxmax++Vxmax-)/2；同理，移动转子到Y正向极限位置，测量所述径向位移传感器的Y向输出信号的电压幅值Vymax+；移动转子到Y负向极限位置，测量所述径向位移传感器的Y向输出信号的电压幅值Vymax-；计算得到当转子位于所述径向位移传感器定子内圆中心处时，所述径向位移传感器的Y 向输出信号电压幅值 
当转子位于所述径向位移传感器定子内任意一点时，都可以通过调整所述X向变阻器22a和所述Y向变阻器22b将所述径向位移传感器的X向传感器输出电压Vx调整为V′x＝Vx-Vxmid将所述径向位移传感器Y向传感器输出电压Vy调整为V′y＝Vy-Vymid，从而可以保证转子位于所述径向位移传感器定子内圆中心时，所述径向位移传感器输出信号的电压幅值为零。
实施例2
如图5所示，本实施例中，所述X向调整模块，包括一个所述X向变阻器23a，所述X向变阻器23a与所述X向检测模块并联，所述X向变阻器23a的调整端为所述X向调整模块的电压信号输出端，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器 的X向输出信号；
所述Y向调整模块，包括一个所述Y向变阻器23b，所述Y向变阻器23b与所述Y向检测模块并联，所述Y向变阻器23b的调整端为所述Y向调整模块的电压信号输出端，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值均可调，通过调节所述X向变阻器23a和所述Y向变阻器23b的阻值，来调整所述径向位移传感器X向、Y向输出信号的电压幅值。
本实施例中调整所述径向位移传感器X向、Y向输出信号的电压幅值的过程与实施例1的过程相同，不再赘述。
实施例3
本实施例中，所述位移传感器定子20的内壁均匀设有八个磁极N＝3，如图2所示，每个磁极对中包含两个磁极，其中磁极对I为所述X正向磁极对，磁极对III为所述X负向磁极对，磁极对I和磁极对III形成所述X向磁极对组，所述磁极对I和所述磁极对III上分别设有所述X向磁极对线圈22a，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈22a与所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈22a串联，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈22a为所述X正向线圈，所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈22a为所述X负向线圈；
磁极对IV为所述Y正向磁极对，磁极对II为所述Y负向磁极对，磁极对II和磁极对IV形成所述Y向磁极对组，所述磁极对II和所述磁极对IV上分别设有所述Y向磁极对线圈22b，所述磁极对II上的所述 Y向磁极对线圈22b与所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈22b串联，所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈22b为所述Y正向线圈，所述磁极对II上的所述Y向磁极对线圈22b为所述Y负向线圈。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种径向位移传感器，其信号输出端与磁悬浮分子泵控制器(2)内解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，包括：
位移传感器定子(20)，固定设置在所述磁悬浮分子泵的泵体(3)内，所述位移传感器定子(20)的内壁均匀设有2N个磁极，N为整数且2≤N≤5，2N个磁极形成四个磁极对，每个磁极对中包含2N-2个磁极，四个所述磁极对包括X正向磁极对、X负向磁极对、Y正向磁极对和Y负向磁极对，所述X正向磁极对和所述X负向磁极对形成X向磁极对组，所述Y正向磁极对和所述Y负向磁极对形成Y向磁极对组；
检测单元，包括X向检测模块和Y向检测模块；
所述X向检测模块，设置在所述X向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述磁悬浮分子泵的转子在X方向的位置；
所述Y向检测模块，设置在所述Y向磁极对组上，且连接于正弦激励信号与地信号之间，用于检测所述转子在Y方向的位置；
其特征在于：还包括
调整单元，设置于所述泵体(3)内，用于根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值；所述调整单元包括：
X向调整模块，与所述X向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器X向输出信号的电压幅值；
Y向调整模块，与所述Y向检测模块连接，用于调整所述径向位移传感器Y向输出信号的电压幅值。
2.根据权利要求1所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述X向检测模块，包括分别设置于所述X向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个X向磁极对线圈(22a)，设置于所述X正向磁极对上的所述X向磁极对线圈(22a)为X正向线圈，设置于所述X负向磁极对上的所述X向磁极对线圈(22a)为X负向线圈，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间设置有所述X向检测模块的电压信号输出端；
所述Y向检测模块，包括分别设置于所述Y向磁极对组中两个磁极对上且相互串联的两个Y向磁极对线圈(22b)，设置于所述Y正向磁极对上的所述Y向磁极对线圈(22b)为Y正向线圈，设置于所述Y负向磁极对上的所述Y向磁极对线圈(22b)为Y负向线圈，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间设置有所述Y向检测模块的电压信号输出端。
3.根据权利要求2所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述X向调整模块包括至少一个X向变阻器(23a)，所述X向变阻器(23a)与所述X向检测模块并联；
所述Y向调整模块包括至少一个Y向变阻器(23b)，所述Y向变阻器(23b)与所述Y向检测模块并联。
4.根据权利要求3所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述X向调整模块，包括串联的两个所述X向变阻器(23a)，两个所述X向变阻器(23a)与所述X向检测模块以并联的方式连接为桥式电路，所述X向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述X向变阻器(23a)之间，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的X向输出信号；
所述Y向调整模块，包括串联的两个所述Y向变阻器(23b)，两个所述Y向变阻器(23b)与所述Y向检测模块以并联的方式连接为桥式电路，所述Y向调整模块的电压信号输出端设置在两个所述Y向变阻器(23b)之间，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
5.根据权利要求3所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述X向调整模块，包括一个所述X向变阻器(23a)，所述X向变阻器(23a)与所述X向检测模块并联，所述X向变阻器(23a)的调整端为所述X向调整模块的电压信号输出端，所述X正向线圈和所述X负向线圈之间的连接点为所述X向检测模块的电压信号输出端，以所述X向调整模块的电压信号输出端与所述X向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的X向输出信号；
所述Y向调整模块，包括一个所述Y向变阻器(23b)，所述Y向变阻器(23b)与所述Y向检测模块并联，所述Y向变阻器(23b)的调整端为所述Y向调整模块的电压信号输出端，所述Y正向线圈和所述Y负向线圈之间的连接点为所述Y向检测模块的电压信号输出端，以所述Y向调整模块的电压信号输出端与所述Y向检测模块的电压信号输出端之间的电压差作为所述径向位移传感器的Y向输出信号。
6.根据权利要求3-5任一所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述X向变阻器(23a)和所述Y向变阻器(23b)的阻值均可调，通过调节所述X向变阻器(23a)和所述Y向变阻器(23b)的阻值，来调整所述径向位移传感器X向、Y向输出信号的电压幅值。
7.根据权利要求1-6任一所述的径向位移传感器，其特征在于：
所述位移传感器定子(20)的内壁均匀设有八个磁极(N＝3)，每个磁极对中包含两个磁极，其中
磁极对I为所述X正向磁极对，磁极对III为所述X负向磁极对，磁极对I和磁极对III形成所述X向磁极对组，所述磁极对I和所述磁极对III上分别设有所述X向磁极对线圈(22a)，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈(22a)与所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈(22a)串联，所述磁极对I上的所述X向磁极对线圈(22a)为所述X正向线圈，所述磁极对III上的所述X向磁极对线圈(22a)为所述X负向线圈；
磁极对IV为所述Y正向磁极对，磁极对II为所述Y负向磁极对，磁极对II和磁极对IV形成所述Y向磁极对组，所述磁极对II和所述磁极对IV上分别设有所述Y向磁极对线圈(22b)，所述磁极对II上的所述Y向磁极对线圈(22b)与所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈(22b)串联，所述磁极对IV上的所述Y向磁极对线圈(22b)为所述Y正向线圈，所述磁极对II上的所述Y向磁极对线圈(22b)为所述Y负向线圈。
8.一种包括上述权利要求1-7任一所述径向位移传感器的磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，其特征在于：
包括所述径向位移传感器，解调单元和处理单元；
所述径向位移传感器，设置在所述磁悬浮分子泵的泵体(3)内，其信号输出端与所述解调单元的信号输入端连接，并且其输出信号的电压幅值范围满足所述解调单元对输入信号电压幅值范围的要求，所述径向位移传感器包括根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号电压幅值的调整单元；
所述解调单元，设置于所述磁悬浮分子泵的控制器(2)内，用于解调所述径向位移传感器的输出信号；
所述处理单元，设置于所述控制器(2)内，所述处理单元的信号输入端与所述解调单元的信号输出端连接，用于接收所述解调单元的输出信号并根据所述解调单元的输出信号分析获得所述磁悬浮分子泵的转子径向位移量。
9.根据权利要求8所述磁悬浮分子泵的转子径向位移检测系统，其特征在于：
所述调整单元根据不同所述磁悬浮分子泵的零件加工精度和装配精度的差异，调整所述径向位移传感器输出信号的电压幅值，使转子位于所述径向位移传感器定子(20)内圆中心时，所述径向位移传感器输出信号的电压幅值为零。
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