CN112268570B - 一种传感器的相位补偿装置、方法和磁悬浮系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器的相位补偿装置、方法和磁悬浮系统，该装置中，第一传感器和第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处；第一传感器，能够输出第一采集信号；第二传感器，能够输出第二采集信号；相位调节单元，被配置为确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。该方案，在磁悬浮轴承控制中，通过对两个传感器正弦波信号的相位差进行补偿，可以提高检测到的转轴的位置信号的准确性从而提升轴的悬浮稳定性。
Description
技术领域
本发明属于磁悬浮系统技术领域，具体涉及一种传感器尤其是相位补偿传感器(如电涡流传感器)的相位补偿装置、方法和磁悬浮系统，尤其涉及一种电涡流传感器的相位补偿电路、磁悬浮系统及其传感器的相位补偿方法。
背景技术
在磁悬浮轴承控制中，可以采用两个传感器正弦波信号差分得到转轴位移的电压信号。但当两个传感器正弦波信号存在相位差时，两个传感器检测到的转轴的位置信号不准确，影响磁悬浮轴承控制中轴的悬浮稳定性。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种传感器的相位补偿装置、方法和磁悬浮系统，以解决在磁悬浮轴承控制中，当两个传感器正弦波信号存在相位差时，检测到的转轴的位置信号不准确而影响轴的悬浮稳定性的问题，达到通过对两个传感器正弦波信号的相位差进行相位补偿，以提高检测到的转轴的位置信号的准确性从而提升轴的悬浮稳定性的效果。
本发明提供一种传感器的相位补偿装置，所述传感器的数量包括两个，两个所述传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处；所述第一传感器，能够输出第一采集信号；所述第二传感器，能够输出第二采集信号；所述传感器的相位补偿装置，包括：相位调节单元；所述相位调节单元，被配置为确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
在一些实施方式中，所述相位调节单元，包括：相位比较单元和相位补偿单元；其中，所述相位调节单元，确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，包括：所述相位比较单元，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号；所述相位补偿单元，被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿。
在一些实施方式中，所述相位比较单元，包括：相位比较器和第一滤波模块；其中，所述相位比较单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，包括：所述相位比较器，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号；所述第一滤波模块，被配置为对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
在一些实施方式中，所述相位补偿单元，包括：调节模块、正向移相模块和滞后移相模块；其中，所述相位补偿单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，包括：所述调节模块，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压；所述正向移相模块，被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位；所述滞后移相模块，被配置为对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果。
在一些实施方式中，所述调节模块，包括：第一比较器和第二滤波模块；所述第二滤波模块，设置在所述第一比较器的同相输入端；所述第一比较器的反相输入端，能够输入偏置电压；其中，所述调节模块，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，包括：所述第二滤波模块，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号；所述第一比较器，被配置为基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
在一些实施方式中，所述正向移相模块，包括：3dB定向耦合器、第一反射模块和第二反射模块；其中，所述正向移相模块，根据所述控制电压进行正向移相，包括：所述第一反射模块，被配置为在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的直通端；所述第二反射模块，被配置为在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端；所述3dB定向耦合器，被配置为在所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
在一些实施方式中，所述滞后移相模块，包括：第二比较器和延时模块；其中，所述滞后移相模块，对所述正向移相相位进行滞后移相，包括：所述延时模块，被配置确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位；所述第二比较器，被配置为按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮系统，包括：以上所述的传感器的相位补偿装置。
与上述磁悬浮系统相匹配，本发明再一方面提供一种磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，所述传感器的数量包括两个，两个所述传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处；所述第一传感器，能够输出第一采集信号；所述第二传感器，能够输出第二采集信号；所述磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，包括：确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
在一些实施方式中，所述确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，包括：对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号；
以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿。
在一些实施方式中，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，包括：对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号；对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
在一些实施方式中，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，包括：对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压；以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位；对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果。
在一些实施方式中，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，包括：对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号；基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
在一些实施方式中，所述根据所述控制电压进行正向移相，包括：在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至3dB定向耦合器的直通端；在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端；通过所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
在一些实施方式中，所述对所述正向移相相位进行滞后移相，包括：确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位；通过滞后移相器，按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位。
由此，本发明的方案，通过在磁悬浮轴承控制中，当两个传感器正弦波信号存在相位差时，对两个传感器正弦波信号的相位差进相位调节，实现对两个传感器正弦波信号的相位差的超前和滞后的相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，可以提高检测到的转轴的位置信号的准确性从而提升轴的悬浮稳定性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的传感器的相位补偿装置的一实施例的结构示意图；
图2为电涡流传感器和转轴的一实施例的位置示意图；
图3为一种相位补偿电路的一实施例的结构示意图；
图4为图3中相位补偿电路的控制电压和相位曲线示意图；
图5为电涡流传感器的相位补偿装置的一实施例的结构示意图；
图6为两个电涡流传感器正弦波信号的相位差的曲线示意图；
图7为经过图5所示的电涡流传感器的相位补偿装置进行相位补偿后得到的正弦波信号的最终波形示意图；
图8为本发明的传感器的相位补偿方法的一实施例的流程示意图；
图9为本发明的方法中确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节的一实施例的流程示意图；
图10为本发明的方法中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的一实施例的流程示意图；
图11为本发明的方法中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理的一实施例的流程示意图；
图12为本发明的方法中根据所述控制电压进行正向移相的一实施例的流程示意图；
图13为本发明的方法中对所述正向移相相位进行滞后移相的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
1-第一传感器(如传感器X1)；2-第二传感器(如传感器X2)；3-轴承；4-轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种传感器的相位补偿装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该传感器的相位补偿装置能够应用在磁悬浮系统的磁悬浮轴承控制中，在磁悬浮系统的磁悬浮轴承控制中，所述传感器的数量能够包括两个，两个所述传感器能够包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处。所述第一传感器，能够输出第一采集信号，如在磁悬浮系统中转轴的第一位置处进行采集得到的第一正弦波信号。所述第二传感器，能够输出第二采集信号，如在磁悬浮系统中转轴的第二位置处进行采集得到的第二正弦波信号。磁悬浮系统中传感器尤其是电涡流传感器的相位补偿装置，能够包括：相位调节单元。
其中，所述相位调节单元，能够被配置为确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
由此，通过对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，实现对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，可以解决两个传感器正弦波信号存在相位差的问题，提高传感器尤其是电涡流传感器的检测灵敏度，降低磁悬浮系统中转轴控制不当发生碰撞的风险。
在一些实施方式中，所述相位调节单元，能够包括：相位比较单元和相位补偿单元。相位比较单元，具体可以是相位比较电路。
其中，所述相位调节单元，确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，能够包括：
所述相位比较单元，能够被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
在一些实施方式中，所述相位比较单元，能够包括：相位比较器和第一滤波模块。
其中，所述相位比较单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，能够包括：
所述相位比较器，能够被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号。
所述第一滤波模块，能够被配置为对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
例如：相位比较电路，能够包括：相位比较器、电阻R1和电容C1。第一滤波模块可以是由电阻R1和电容C1构成的RC滤波电路。相位比较器的第一输入端，能够输入传感器X1正弦波信号，如接收第一传感器(如传感器X1)1的正弦波信号。相位比较器的第二输入端，能够输入传感器X2正弦波信号，如接收第二传感器(如传感器X2)2信号。相位比较器对传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位进行比较，得到与传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位差成正比的脉冲信号。相位比较器的输出端，能够输出该脉冲信号至RC滤波电路；RC滤波电路滤波对该脉冲信号进行滤波后，再输出至调节电路。
例如：两个电涡流传感器正弦波信号经过相位比较器，以第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号作为基准信号。第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出正脉冲电压信号。同理，第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出负脉冲电压信号。脉冲信号经过电阻R1和电容C1组成的RC滤波电路之后变成直流控制电压信号。相位比较电路的主要作用为把传感器的相位差变成脉冲电压信号(如直流控制电压信号)。
所述相位补偿单元，能够被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，以实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
由此，通过对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，实现对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，使得两个传感器正弦波信号差分得到的转轴位移电压信号的误差得以减小。
在一些实施方式中，所述相位补偿单元，能够包括：调节模块、正向移相模块和滞后移相模块。调节模块可以是调节电路，正向移相模块可以是3dB定向电桥移相器，滞后移相模块可以是滞后移相器。
其中，所述相位补偿单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，能够包括：
所述调节模块，能够被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压。
在一些实施方式中，所述调节模块，能够包括：第一比较器和第二滤波模块。所述第二滤波模块，设置在所述第一比较器的同相输入端。所述第一比较器的反相输入端，能够输入偏置电压。
其中，所述调节模块，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，能够包括：
所述第二滤波模块，能够被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号。
所述第一比较器，能够被配置为基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
例如：调节电路，能够包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、比较放大器和正负5V电源。该比较放大器可以是运算放大器，作为第一比较器。在调节电路中，根据电阻R3与电阻R2的阻值比值，可以确定比较放大器的同相输入端的比例系数。根据电阻R5与电阻R4的阻值比值，可以确定比较放大器的反相输入端的比例系数。另外，电阻R2和电容C2还可以构成RC滤波器，能够对相位比较电路输出的脉冲电压信号进行再次滤波。比较放大器的反相输入端输入的直流电压为偏置电压，该偏置电压的大小与相位比较电路输出的脉冲电压信号被抬高的幅度一致。
其中，因为负电压不能作为3dB定向电桥移相器的控制信号，并且脉冲信号滤波后的直流电压比较小，不能直接控制3dB定向电桥移相器的移相，需要经过放大之后才能得到3dB定向电桥移相器控制移相的控制电压，故增加一个以比较放大器为主的调节电路，一方面把滞后相位差的负电压信号抬高到0V以上电压信号，另一方面，把超前相位差的正电压信号经过直流电压抬高之后再放大到3dB正向电桥移相器移相的控制电压。调节电路的作用为给直流控制电压信号增加偏置电压，然后再进行比例放大得到3dB正向电桥移相器的控制电压。
所述正向移相模块，能够被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位。
在一些实施方式中，所述正向移相模块，能够包括：3dB定向耦合器、第一反射模块和第二反射模块。
其中，所述正向移相模块，以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，根据所述控制电压进行正向移相，能够包括：
所述第一反射模块，能够被配置为在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的直通端。
所述第二反射模块，能够被配置为在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端。
所述3dB定向耦合器，能够被配置为在所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
例如：3dB正向电桥移相器由3dB定向耦合器、电阻R6、电阻R7，变容二极管D1和变容二极管D2组成。电阻R6和变容二极管D1构成第一反射模块，电阻R7和变容二极管D2构成第二反射模块。正交电桥两平分臂输出的电压相等，相位差90°。3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)为正交电桥的输入端，3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)为直通端，3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)为耦合端，3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)为隔离端。
其中，输入信号(即调节电路输出的3dB正向电桥移相器的控制电压)，经3dB定向耦合器分成两路，分别进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)和第四端子(即第四端口)。即，一路信号经电阻R6和变容二极管D1进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)，另一路信号经电阻R7和变容二极管D2进入3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)。具体地，当3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)接变容二极管D1时，其输出信号被变容二极管D1反射，重新由3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)进入3dB定向耦合器，并由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。同理，当3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)接变容二极管D2时，其输出信号被变容二极管D2反射，重新由3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)进入3dB定向耦合器，由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。
对于理想的3dB正交电桥(即3dB正向电桥移相器)，当两个变容二极管的特性相同时，两路反射信号在输出端口(即隔离端)同相叠加，在输入端口180°反相，相互抵消。因此，3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)的输入信号由于变容二极管的反射作用，全部从3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)输出，输出信号的相位与变容二极管的电抗和正交电桥(即3dB正向电桥移相器)的特性有关，通过改变变容二极管的电抗可以使输出信号的相位改变。输出信号的相位变化量由变容二极管在不同控制电压下的电纳决定。例如：设变容二极管的归一化等效电纳为jB，相移Φ＝Π-2arctanB，3dB正交电桥移相器移相0～180°。3dB正向电桥移相器的主要作用为根据控制电压进行比例移相。
所述滞后移相模块，能够被配置为对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果，从而实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
例如：相位比较电路、调节电路、3dB正向电桥移相器和滞后移相器，依次连接。先通过相位比较电路得到电涡流传感器正弦波信号的相位差，然后通过调节电路得到3dB正向电桥移相器的控制信号，控制信号控制3dB正向电桥移相器的移相，再通过一个滞后移相器，实现了一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位补偿，得到相位一致的一组对角的电涡流传感器正弦波信号。从而，解决了在磁悬浮轴承控制中，当转轴不在中心位置时，一组对角的电涡流传感器正弦波信号存在相位差的问题；提高了电涡流传感器输出电压的线性度，降低了磁悬浮控制器中位移控制电压出现的误差。
在一些实施方式中，所述滞后移相模块，能够包括：第二比较器和延时模块。
其中，所述滞后移相模块，对所述正向移相相位进行滞后移相，能够包括：
所述延时模块，被配置确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位。
所述第二比较器，能够被配置为按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位，以实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
其中，直流控制电压控制3dB定向电桥移相器进行移相，由于3dB正向电桥移相器只能移相0～180°，只能补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，无法补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，故最后再需要经过一个额定滞后90°移相器来使整体移相范围为-90°～+90°，同时满足第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前或者滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号的移相补偿，在磁悬浮离心机中，转轴的悬浮气隙较小，引起的相位超前或者滞后的相位差较小，移相-90°～+90°可满足相位补偿要求。
滞后移相器，能够包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、比较器和正负5V电源。该比较器可以是运算放大器，作为第二比较器。滞后移相器中，电阻R8的阻值＝电阻R10的阻值，保持移相信号幅值不变；通过合适的R9、C3可以使滞后移相器固定移相滞后90°。若相位超前90°，相位比较器输出正脉冲，3dB正交电桥移相器移相0°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。若相位差0°，相位比较器输出零脉冲，3dB正交电桥移相器移相90°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。若相位滞后90°，相位比较器输出负脉冲，3dB正交电桥移相器移相180°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。
由此，通过相位比较器，对一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位做比较，从而输出和相位差成正比的脉冲信号，脉冲信号经过RC滤波电路变成直流电压。直流电压再经过比较放大器，得到3dB正交电桥移相器的移相电压控制信号。移相电压控制信号控制3dB正交电桥移相器的移相，最后再经过一个滞后移相器(如固定滞后90°的移相器)，实现电涡流传感器的超前或滞后的相位补偿，提高了电涡流传感器的检测灵敏度，提高了检测的位置信号的准确性，降低了转轴控制不当发生碰撞的风险。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在磁悬浮轴承控制中，当两个传感器正弦波信号存在相位差时，对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，可以使两个传感器正弦波信号的相位一致，从而使得两个传感器正弦波信号差分得到的转轴位移电压信号的误差减小了。
根据本发明的实施例，还提供了对应于传感器的相位补偿装置的一种磁悬浮系统。该磁悬浮系统可以能够包括：以上所述的传感器的相位补偿装置。
磁悬浮离心机，常常需要用到电涡流传感器来测量转轴的位置。电涡流传感器的原理是：通过探头线圈发出第一磁场信号，当探头线圈靠近金属时，金属会返回一个与探头线圈的磁场方向相反的第二磁场信号，衰减原来探头线圈发出的第一磁场信号，以改变原来探头线圈的并联谐振电路产生的正弦波信号的幅值和相位。
在磁悬浮轴承控制中，两个传感器正弦波信号差分得到转轴位移的电压信号，通过这个转轴位移的电压信号就可以知道转轴的位置。
在磁悬浮轴承控制中，两个传感器正弦波信号差分得到转轴位移的电压信号。当转轴不在处于一组对角的两个传感器连线的中心位置时，两个传感器正弦波信号存在相位差，两个传感器正弦波信号所对应的正弦波相减就不能波峰和波峰相减、波谷和波谷相减，导致两个传感器输出电压的非线性程度增大，检测的位置信号不准确，有可能导致轴悬浮不稳定而失稳；另外还会导致传感器的检测灵敏度降低。
下面结合图2至图7所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2为电涡流传感器和转轴的一实施例的位置示意图。如图2所示，轴承3与轴4配合设置，在轴承3上设置有两个传感器。这两个传感器，可以是第一传感器(如传感器X1)1和第二传感器(如传感器X2)2，具体可以是两个电涡流传感器。
在磁悬浮系统中，转轴与传感器的位置布置可以参见图2所示的例子。在图2所示的例子中，当磁悬浮转轴处在两个传感器连线的中心位置时，两个传感器正弦波信号的幅值和相位是一样的。当磁悬浮转轴不在两个传感器中心位置时，两个传感器正弦波信号的幅值和相位均不一样，两个传感器正弦波信号就有了相位差。
在图2所示的例子中，当正弦波信号有相位差时，两个传感器正弦波信号所对对应的正弦波相减，就不能使正弦波的波峰和波峰相减、波谷和波谷相减。这样，会导致两个传感器输出电压的非线性程度增大，检测的位置信号不准确，有可能导致轴悬浮不稳定而失稳；另外还会导致传感器的检测灵敏度降低，存在控制不当发生碰轴的风险。
图6为两个电涡流传感器正弦波信号的相位差的曲线示意图。如图6所示，两个传感器正弦波信号就有了相位差。当两个传感器正弦波信号存在相位差时，会导致实际的位移电压信号存在误差，引起转轴控制不稳。
图3为一种相位补偿电路的一实施例的结构示意图。如图3所示的相位补偿电路，能够包括：3dB定向耦合器、电阻R6、电阻R7、二极管D1和二极管D2。3dB定向耦合器的第一端子为输入电压Vin的输入端，3dB定向耦合器的第三端子为输出电压Vout的输出端，3dB定向耦合器的第二端子接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极接模拟地；3dB定向耦合器的第四端子接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接地。二极管D1的阴极与二极管D2的阴极之间，连接有电阻R6和电阻R7。电子R6和电阻R7的公共端为控制电压Vc的输入端。
图4为图3中相位补偿电路的控制电压和相位曲线示意图。在图3和图4所示的例子中，3dB定向耦合器，主要工作原理为根据控制电压Vc决定输入信号(如输入电压Vin)和输出信号(如输出电压Vout)的相位差，移相与控制电压成正比。但是3dB定向耦合器只能移相0-180°，只能满足滞后相位补偿，不能满足超前相位的补偿，无法满足磁悬浮系统的电涡流传感器相位补偿。
在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种电涡流传感器的相位补偿装置，通过对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，这样，两个传感器正弦波信号差分得到的转轴位移电压信号的误差减小了，提高了电涡流传感器的检测灵敏度，降低了转轴控制不当发生碰撞的风险，解决了两个传感器正弦波信号存在相位差的问题。
图5为电涡流传感器的相位补偿装置的一实施例的结构示意图。如图5所示，电涡流传感器的相位补偿装置，能够包括：相位比较电路、调节电路、3dB正向电桥移相器和滞后移相器。
在图5所示的例子中，相位比较电路、调节电路、3dB正向电桥移相器和滞后移相器，依次连接。
先通过相位比较电路得到电涡流传感器正弦波信号的相位差，然后通过调节电路得到3dB正向电桥移相器的控制信号，控制信号控制3dB正向电桥移相器的移相，再通过一个滞后移相器，实现了一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位补偿，得到相位一致的一组对角的电涡流传感器正弦波信号。从而，解决了在磁悬浮轴承控制中，当转轴不在中心位置时，一组对角的电涡流传感器正弦波信号存在相位差的问题；提高了电涡流传感器输出电压的线性度，降低了磁悬浮控制器中位移控制电压出现的误差。
在一些实施方式中，如图5所示，相位比较电路，能够包括：相位比较器、电阻R1和电容C1。电阻R1和电容C1构成RC滤波电路。相位比较器的第一输入端，能够输入传感器X1正弦波信号，如接收第一传感器(如传感器X1)1的正弦波信号。相位比较器的第二输入端，能够输入传感器X2正弦波信号，如接收第二传感器(如传感器X2)2信号。相位比较器对传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位进行比较，得到与传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位差成正比的脉冲信号。电阻R1的第一端作为相位比较器输出的脉冲信号的输入端，也就是说电阻R1的第一端连接至相位比较器的输出端。电阻R1的第二端经电容C1后接地，电阻R1的第二端还连接至调节电路的输入端。相位比较器的输出端，能够输出该脉冲信号至RC滤波电路；RC滤波电路滤波对该脉冲信号进行滤波后，再输出至调节电路。
其中，两个电涡流传感器的正弦波信号经过的相位比较器，可以选用型号为CH5081和TC5081AP等的相位比较器。以第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号作为基准信号。如图6所示，第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出正脉冲电压信号。同理，第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出负脉冲电压信号。脉冲信号经过电阻R1和电容C1组成的RC滤波电路之后变成直流控制电压信号。相位比较电路的主要作用为把传感器的相位差变成脉冲电压信号(如直流控制电压信号)。
在一些实施方式中，如图5所示，调节电路，能够包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、比较放大器和正负5V电源，该比较放大器可以是运算放大器。电阻R4的第一端作为直流电压的输入端，电阻R4的第二端连接至比较放大器的第一输入端。电阻R4的第二端，还经电阻R5后连接至比较放大器的输出端。电阻R2的第一端连接至相位比较电路的输出端，即电阻R2的第一端连接至电阻R1的第二端。电阻R2的第二端连接至比较放大器的第二输入端。电容C2的第一端连接至比较放大器的第二输入端，电容C2的第二端接模拟地。电阻R3与电容C2并联。
在调节电路中，根据电阻R3与电阻R2的阻值比值，可以确定比较放大器的同相输入端的比例系数。根据电阻R5与电阻R4的阻值比值，可以确定比较放大器的反相输入端的比例系数。另外，电阻R2和电容C2还可以构成RC滤波器，能够对相位比较电路输出的脉冲电压信号进行再次滤波。比较放大器的反相输入端输入的直流电压为偏置电压，该偏置电压的大小与相位比较电路输出的脉冲电压信号被抬高的幅度一致。
其中，因为负电压不能作为3dB定向电桥移相器的控制信号，并且脉冲信号滤波后的直流电压比较小，不能直接控制3dB定向电桥移相器的移相，需要经过放大之后才能得到3dB定向电桥移相器控制移相的控制电压，故增加一个以比较放大器为主的调节电路，一方面把滞后相位差的负电压信号抬高到0V以上电压信号，另一方面，把超前相位差的正电压信号经过直流电压抬高之后再放大到3dB正向电桥移相器移相的控制电压。调节电路的作用为给直流控制电压信号增加偏置电压，然后再进行比例放大得到3dB正向电桥移相器的控制电压。
在一些实施方式中，如图5所示，3dB正向电桥移相器的结构，可以采用图3所示的例子中的相位补偿电路，在此不再赘述。在3dB正向电桥移相器中，3dB定向耦合器的第一端子能够输入传感器X2正弦波信号，3dB定向耦合器的第三端子连接至滞后移相器的输入端。其中，在图5所示的例子中是以传感器X2正弦波信号为基准，当然，也可以以传感器X1正弦波信号为基准。
也就是说，3dB正向电桥移相器由3dB定向耦合器、电阻R6、电阻R7，变容二极管D1和变容二极管D2组成。正交电桥两平分臂输出的电压相等，相位差90°。3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)为正交电桥的输入端，3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)为直通端，3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)为耦合端，3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)为隔离端。3dB定向耦合器属于定向耦合器的一种，也叫做三分贝耦合器。
其中，输入信号(即调节电路输出的3dB正向电桥移相器的控制电压)，经3dB定向耦合器分成两路，分别进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)和第四端子(即第四端口)。即，一路信号经电阻R6和变容二极管D1进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)，另一路信号经电阻R7和变容二极管D2进入3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)。具体地，当3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)接变容二极管D1时，其输出信号被变容二极管D1反射，重新由3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)进入3dB定向耦合器，并由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。同理，当3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)接变容二极管D2时，其输出信号被变容二极管D2反射，重新由3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)进入3dB定向耦合器，由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。
对于理想的3dB正交电桥(即3dB正向电桥移相器)，当两个变容二极管的特性相同时，两路反射信号在输出端口(即隔离端)同相叠加，在输入端口180°反相，相互抵消。因此，3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)的输入信号由于变容二极管的反射作用，全部从3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)输出，输出信号的相位与变容二极管的电抗和正交电桥(即3dB正向电桥移相器)的特性有关，通过改变变容二极管的电抗可以使输出信号的相位改变。输出信号的相位变化量由变容二极管在不同控制电压下的电纳决定。例如：设变容二极管的归一化等效电纳为jB，相移Φ＝Π-2arctanB(即3dB正向电桥移相器的相移公式)，3dB正交电桥移相器移相0～180°。3dB正向电桥移相器的主要作用为根据控制电压进行比例移相。而变容二极管的电纳随着控制电压的改变而改变，改变控制电压即可改变变容二极管的电纳，从而改变相移。
直流控制电压控制3dB定向电桥移相器进行移相，由于3dB正向电桥移相器只能移相0～180°，只能补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，无法补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，故最后再需要经过一个额定滞后90°移相器来使整体移相范围为-90°～+90°，同时满足第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前或者滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号的移相补偿，在磁悬浮离心机中，转轴的悬浮气隙较小，引起的相位超前或者滞后的相位差较小，移相-90°～+90°可满足相位补偿要求。
在一些实施方式中，如图5所示，滞后移相器，能够包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、比较器和正负5V电源，该比较器可以是运算放大器。电阻R8的第一端和电阻R9的第一端均连接至3dB定向耦合器的输出端，电阻R8的第二端连接至比较器的第一输入端，电阻R9的第二端连接至比较器的第二输入端，比较器的第二输入端还经电容C3后接模拟地，比较器的第一输入端还经电阻R10后连接至比较器的输出端。
在滞后移相器中，电阻R10与电阻R8的阻值比值可以确定比较器的比例系数。电阻R9和电容C3构成延时模块，通过电阻R9和电容C3可以确定延时时间，进而基于该延时时间实现滞后移相器固定移相滞与该延时时间对应的相位。
其中，滞后移相器中，电阻R8的阻值＝电阻R10的阻值，保持移相信号幅值不变，移相Φ＝Π-arctan1/W×R9×C3，R9为电阻R9的阻值，C3为电容C3的电容值；通过合适的R9、C3可以使滞后移相器固定移相滞后90°。W＝2πf，f表示输入信号的频率。
若相位超前90°，相位比较器输出正脉冲，3dB正交电桥移相器移相0°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。
若相位差0°，相位比较器输出零脉冲，3dB正交电桥移相器移相90°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。
若相位滞后90°，相位比较器输出负脉冲，3dB正交电桥移相器移相180°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。
可见，在图5所示的例子中，通过相位比较器，对一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位做比较，从而输出和相位差成正比的脉冲信号，脉冲信号经过RC滤波电路变成直流电压。直流电压再经过比较放大器，得到3dB正交电桥移相器的移相电压控制信号。移相电压控制信号控制3dB正交电桥移相器的移相，最后再经过一个滞后移相器(如固定滞后90°的移相器)，实现电涡流传感器的超前或滞后的相位补偿，提高了电涡流传感器的检测灵敏度，提高了检测的位置信号的准确性，降低了转轴控制不当发生碰撞的风险。相比于图3所示的例子，图5所示的例子，在图3所示的例子的基础上增加相位比较电路，调节电路和滞后移相器，实现-90°～+90°的相位调节，同时满足超前和滞后相位补偿。图7为经过图5所示的电涡流传感器的相位补偿装置进行相位补偿后得到的正弦波信号的最终波形示意图。具体的补偿效果可以参见图7所示的例子。
由于本实施例的磁悬浮系统所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在磁悬浮轴承控制中，当两个传感器正弦波信号存在相位差时，对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，可以提高两个传感器正弦信号差分得到转轴位移的电压信号的准确性，避免轴悬浮不稳定而失稳。
根据本发明的实施例，还提供了对应于磁悬浮系统的一种磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法。该磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法能够应用在磁悬浮系统的磁悬浮轴承控制中，在磁悬浮系统的磁悬浮轴承控制中，所述传感器的数量能够包括两个，两个所述传感器能够包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处。所述第一传感器，能够输出第一采集信号，如在磁悬浮系统中转轴的第一位置处进行采集得到的第一正弦波信号。所述第二传感器，能够输出第二采集信号，如在磁悬浮系统中转轴的第二位置处进行采集得到的第二正弦波信号。磁悬浮系统中传感器尤其是电涡流磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，能够包括：确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
由此，通过对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，实现对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，可以解决两个传感器正弦波信号存在相位差的问题，提高传感器尤其是电涡流传感器的检测灵敏度，降低磁悬浮系统中转轴控制不当发生碰撞的风险。
在一些实施方式中，所述确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节的具体过程，能够参见以下示例性说明。
下面结合图8所示本发明的方法中确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节的一实施例流程示意图，进一步说明确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节的具体过程，能够包括：步骤S110和步骤S120。
在步骤S110处，对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
在一些实施方式中，可以结合图9所示本发明的方法中对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号。
步骤S220，对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
例如：相位比较电路，能够包括：相位比较器、电阻R1和电容C1。第一滤波模块可以是由电阻R1和电容C1构成的RC滤波电路。相位比较器的第一输入端，能够输入传感器X1正弦波信号，如接收第一传感器(如传感器X1)1的正弦波信号。相位比较器的第二输入端，能够输入传感器X2正弦波信号，如接收第二传感器(如传感器X2)2信号。相位比较器对传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位进行比较，得到与传感器X1正弦波信号和传感器X2正弦波信号的相位差成正比的脉冲信号。相位比较器的输出端，能够输出该脉冲信号至RC滤波电路；RC滤波电路滤波对该脉冲信号进行滤波后，再输出至调节电路。
例如：两个电涡流传感器正弦波信号经过相位比较器，以第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号作为基准信号。第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出正脉冲电压信号。同理，第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时，相位比较器输出负脉冲电压信号。脉冲信号经过电阻R1和电容C1组成的RC滤波电路之后变成直流控制电压信号。相位比较电路的主要作用为把传感器的相位差变成脉冲电压信号(如直流控制电压信号)。
在步骤S120处，以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，以实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
由此，通过对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，实现对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，使两个传感器正弦波信号的相位一致，使得两个传感器正弦波信号差分得到的转轴位移电压信号的误差得以减小。
在一些实施方式中，可以结合图10所示本发明的方法中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的具体过程，可以包括：步骤S310至步骤S330。
步骤S310，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压。
在一些实施方式中，可以结合图11所示本发明的方法中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S310中对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理的具体过程，可以包括：步骤S410和步骤S420。
步骤S410，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号。
步骤S420，基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
例如：调节电路，能够包括：电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、比较放大器和正负5V电源。该比较放大器可以是运算放大器，作为第一比较器。在调节电路中，根据电阻R3与电阻R2的阻值比值，可以确定比较放大器的同相输入端的比例系数。根据电阻R5与电阻R4的阻值比值，可以确定比较放大器的反相输入端的比例系数。另外，电阻R2和电容C2还可以构成RC滤波器，能够对相位比较电路输出的脉冲电压信号进行再次滤波。比较放大器的反相输入端输入的直流电压为偏置电压，该偏置电压的大小与相位比较电路输出的脉冲电压信号被抬高的幅度一致。
其中，因为负电压不能作为3dB定向电桥移相器的控制信号，并且脉冲信号滤波后的直流电压比较小，不能直接控制3dB定向电桥移相器的移相，需要经过放大之后才能得到3dB定向电桥移相器控制移相的控制电压，故增加一个以比较放大器为主的调节电路，一方面把滞后相位差的负电压信号抬高到0V以上电压信号，另一方面，把超前相位差的正电压信号经过直流电压抬高之后再放大到3dB正向电桥移相器移相的控制电压。调节电路的作用为给直流控制电压信号增加偏置电压，然后再进行比例放大得到3dB正向电桥移相器的控制电压。
步骤S320，以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位。
在一些实施方式中，步骤S320中所述以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，根据所述控制电压进行正向移相的具体过程，能够参见以下示例性说明。
下面结合图12所示本发明的方法中根据所述控制电压进行正向移相的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S320中根据所述控制电压进行正向移相的具体过程，可以包括：步骤S510至步骤S530。
步骤S510，在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至3dB定向耦合器的直通端。
步骤S520，在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端。
步骤S530，通过所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
例如：3dB正向电桥移相器由3dB定向耦合器、电阻R6、电阻R7，变容二极管D1和变容二极管D2组成。电阻R6和变容二极管D1构成第一反射模块，电阻R7和变容二极管D2构成第二反射模块。正交电桥两平分臂输出的电压相等，相位差90°。3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)为正交电桥的输入端，3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)为直通端，3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)为耦合端，3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)为隔离端。
其中，输入信号(即调节电路输出的3dB正向电桥移相器的控制电压)，经3dB定向耦合器分成两路，分别进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)和第四端子(即第四端口)。即，一路信号经电阻R6和变容二极管D1进入3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)，另一路信号经电阻R7和变容二极管D2进入3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)。具体地，当3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)接变容二极管D1时，其输出信号被变容二极管D1反射，重新由3dB定向耦合器的第二端子(即第二端口)进入3dB定向耦合器，并由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。同理，当3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)接变容二极管D2时，其输出信号被变容二极管D2反射，重新由3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)进入3dB定向耦合器，由3dB定向耦合器的第三端子(即第三端口)输出。
对于理想的3dB正交电桥(即3dB正向电桥移相器)，当两个变容二极管的特性相同时，两路反射信号在输出端口(即隔离端)同相叠加，在输入端口180°反相，相互抵消。因此，3dB定向耦合器的第一端子(即第一端口)的输入信号由于变容二极管的反射作用，全部从3dB定向耦合器的第四端子(即第四端口)输出，输出信号的相位与变容二极管的电抗和正交电桥(即3dB正向电桥移相器)的特性有关，通过改变变容二极管的电抗可以使输出信号的相位改变。输出信号的相位变化量由变容二极管在不同控制电压下的电纳决定。例如：设变容二极管的归一化等效电纳为jB，相移Φ＝Π-2arctanB，3dB正交电桥移相器移相0～180°。3dB正向电桥移相器的主要作用为根据控制电压进行比例移相。
步骤S330，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果，从而实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
例如：相位比较电路、调节电路、3dB正向电桥移相器和滞后移相器，依次连接。先通过相位比较电路得到电涡流传感器正弦波信号的相位差，然后通过调节电路得到3dB正向电桥移相器的控制信号，控制信号控制3dB正向电桥移相器的移相，再通过一个滞后移相器，实现了一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位补偿，得到相位一致的一组对角的电涡流传感器正弦波信号。从而，解决了在磁悬浮轴承控制中，当转轴不在中心位置时，一组对角的电涡流传感器正弦波信号存在相位差的问题；提高了电涡流传感器输出电压的线性度，降低了磁悬浮控制器中位移控制电压出现的误差。
在一些实施方式中，可以结合图13所示本发明的方法中对所述正向移相相位进行滞后移相的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S330中对所述正向移相相位进行滞后移相的具体过程，可以包括：步骤S610和步骤S620。
步骤S610，确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位。
步骤S620，通过滞后移相器，按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位，以实现对所述相位差的超前或滞后的相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致。
其中，直流控制电压控制3dB定向电桥移相器进行移相，由于3dB正向电桥移相器只能移相0～180°，只能补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，无法补偿第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号时的相位，故最后再需要经过一个额定滞后90°移相器来使整体移相范围为-90°～+90°，同时满足第二传感器(如传感器X2)2正弦波信号相位超前或者滞后第一传感器(如传感器X1)1正弦波信号的移相补偿，在磁悬浮离心机中，转轴的悬浮气隙较小，引起的相位超前或者滞后的相位差较小，移相-90°～+90°可满足相位补偿要求。
滞后移相器，能够包括：电阻R8、电阻R9、电阻R10、电容C3、比较器和正负5V电源。该比较器可以是运算放大器，作为第二比较器。滞后移相器中，电阻R8的阻值＝电阻R10的阻值，保持移相信号幅值不变；通过合适的R9、C3可以使滞后移相器固定移相滞后90°。若相位超前90°，相位比较器输出正脉冲，3dB正交电桥移相器移相0°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。若相位差0°，相位比较器输出零脉冲，3dB正交电桥移相器移相90°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。若相位滞后90°，相位比较器输出负脉冲，3dB正交电桥移相器移相180°，滞后移相器滞后90°，进行相位补偿。
由此，通过相位比较器，对一组对角的电涡流传感器正弦波信号的相位做比较，从而输出和相位差成正比的脉冲信号，脉冲信号经过RC滤波电路变成直流电压。直流电压再经过比较放大器，得到3dB正交电桥移相器的移相电压控制信号。移相电压控制信号控制3dB正交电桥移相器的移相，最后再经过一个滞后移相器(如固定滞后90°的移相器)，实现电涡流传感器的超前或滞后的相位补偿，提高了电涡流传感器的检测灵敏度，提高了检测的位置信号的准确性，降低了转轴控制不当发生碰撞的风险。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述磁悬浮系统的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在磁悬浮轴承控制中，当两个传感器正弦波信号存在相位差时，对两个传感器正弦波信号进行相位补偿，可以提高两个传感器正弦信号差分得到转轴位移的电压信号的检测灵敏度，降低了转轴控制不当发生碰撞的风险。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (13)
1.一种传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述传感器的数量包括两个，两个所述传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处；所述第一传感器，能够输出第一采集信号；所述第二传感器，能够输出第二采集信号；所述传感器的相位补偿装置，包括：相位调节单元；
所述相位调节单元，被配置为确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致；
所述相位调节单元，包括：相位比较单元和相位补偿单元；其中，
所述相位调节单元，确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，包括：
所述相位比较单元，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号；
所述相位补偿单元，被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿。
2.根据权利要求1所述的传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述相位比较单元，包括：相位比较器和第一滤波模块；其中，
所述相位比较单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，包括：
所述相位比较器，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号；
所述第一滤波模块，被配置为对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
3.根据权利要求1或2所述的传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述相位补偿单元，包括：调节模块、正向移相模块和滞后移相模块；其中，
所述相位补偿单元，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，包括：
所述调节模块，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压；
所述正向移相模块，被配置为以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位；
所述滞后移相模块，被配置为对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果。
4.根据权利要求3所述的传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述调节模块，包括：第一比较器和第二滤波模块；所述第二滤波模块，设置在所述第一比较器的同相输入端；所述第一比较器的反相输入端，能够输入偏置电压；其中，
所述调节模块，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，包括：
所述第二滤波模块，被配置为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号；
所述第一比较器，被配置为基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
5.根据权利要求3所述的传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述正向移相模块，包括：3dB定向耦合器、第一反射模块和第二反射模块；其中，
所述正向移相模块，根据所述控制电压进行正向移相，包括：
所述第一反射模块，被配置为在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的直通端；
所述第二反射模块，被配置为在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端；
所述3dB定向耦合器，被配置为在所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
6.根据权利要求3所述的传感器的相位补偿装置，其特征在于，所述滞后移相模块，包括：第二比较器和延时模块；其中，
所述滞后移相模块，对所述正向移相相位进行滞后移相，包括：
所述延时模块，被配置确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位；
所述第二比较器，被配置为按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位。
7.一种磁悬浮系统，其特征在于，包括：如权利要求1至6中任一项所述的传感器的相位补偿装置。
8.一种磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述传感器的数量包括两个，两个所述传感器包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器处于磁悬浮系统中转轴的一组对角位置处；所述第一传感器，能够输出第一采集信号；所述第二传感器，能够输出第二采集信号；所述磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，包括：
确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，以在所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号相对于另一个采集信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述相位差的超前或滞后进行相位补偿，使所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位一致；
所述确定所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差，并对所述相位差进行相位调节，包括：
对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号；
以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，在另一个采集信号相对于所述基准信号出现相位超前或相位滞后的情况下，对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较处理，包括：
对所述第一采集信号和所述第二采集信号进行相位比较，输出初级脉冲电压信号；
对所述初级脉冲电压信号进行第一滤波处理，以得到所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号。
10.根据权利要求8或9所述的磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿，包括：
对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，得到控制电压；
以所述第一采集信号和所述第二采集信号中的一个采集信号为基准信号，根据所述控制电压进行正向移相，得到正向移相相位；
对所述正向移相相位进行滞后移相，得到滞后移相相位，作为对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行相位补偿的相位补偿结果。
11.根据权利要求10所述的磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号增加偏置电压后，进行比例放大处理，包括：
对所述第一采集信号和所述第二采集信号的相位差所对应的脉冲电压信号进行第二滤波处理，得到直流电压控制信号；
基于输入的偏置电压，对所述直流电压控制信号增加所述偏置电压后，进行比例放大处理。
12.根据权利要求10所述的磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述根据所述控制电压进行正向移相，包括：
在所述控制电压被分成两路后，对一路所述控制电压进行反射处理后，得到第一反射信号，并输入至3dB定向耦合器的直通端；
在所述控制电压被分成两路后，对另一路所述控制电压进行反射处理后，得到第二反射信号，并输入至所述3dB定向耦合器的隔离端；
通过所述3dB定向耦合器的耦合端，对所述第一反射信号和所述第二反射信号进行同相叠加处理，得到所述正向移相相位。
13.根据权利要求10所述的磁悬浮系统中传感器的相位补偿方法，其特征在于，所述对所述正向移相相位进行滞后移相，包括：
确定延时时间，以根据所述延时时间确定滞后相位；
通过滞后移相器，按所述滞后相位，对所述正向移相相位进行滞后移相，得到所述滞后移相相位。
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