CN113221283A - 螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台及其音轮设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋桨桨距‑相角‑转速测控试验台及其音轮设计方法，属于航空涡桨发动机控制领域。本发明公开的测控试验台包括：音轮、磁感探头、旋转变距机构、信号调理模块、下位机、上位机、驱动器和电源。所述音轮耦接到旋转变距机构上，并构造用于实现音轮的旋转和轴向变距。磁感探头能响应所述音轮的通过而产生特定的信号。所述下位机能分析信号调理模块调理后的方波边沿和上位机指令，从而实现桨距‑相角‑转速的测量和音轮控制。本发明通过控制系统及旋转变距机构实现了桨距‑相角‑转速传感器的信号测量和音轮‑螺旋桨的旋转变桨距控制，对真实复杂的涡桨发动机的螺旋桨三参数一体化测量传感器的安装及测量精度试验具有重要意义。

Description

螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台及其音轮设计方法

技术领域

本发明涉及螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台及其音轮设计方法，属于航空涡桨发动机控制领域。

背景技术

航空发动机被誉为皇冠上的明珠，对控制系统的可靠性有着极高的要求，传感器作为控制系统的一个重要组成部分，同样有着严格的技术指标要求。为了提高传感器的可靠性、寿命，不但需要设计手段的提高、制造工艺的进步，还需要对传感器进行真实的载荷模拟、实验检验以对传感器的测量精度、灵敏度、稳定性等性能进行评价和检验。

螺旋桨-发动机及降噪效果显著的多螺旋桨相位同步的一体化控制是现代涡桨发动机控制的发展方向，需要同时测量桨距、相角和转速三个参数。在这个需求下，目前国内已有学者进行桨距、相角和转速一体化测量传感器的相关研究，例如公布号为CN112697438A的专利，公开了一种基于音轮的涡桨发动机桨距-相角-转速测量装置及方法，其通过采用质量和常规齿相等的人字形标记齿，即可以测量桨距，又可以作为相角的参考位置，并能测量转速，而且两个对称齿具有磁电探测信号互补修正和减少不平衡度的作用，克服了随机的相角参考位置和振动噪声对测量的影响，提高了测量精度、灵敏度和工作稳定性。但是，国内还没有一套完备的测控试验台用于该传感器的测量试验，以便安装在复杂涡桨飞机的螺旋桨上。

所以就需要一套能用于开展该桨距-相角-转速一体化测量传感器测试的试验台，以便对该传感器性能进行系统的评估。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台及其音轮设计方法，旨在对桨距-相角-转速传感器性能进行系统的评估，并且提供一套该传感器音轮的设计方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，包括音轮、磁感探头、旋转变距机构、信号调理模块、下位机、上位机、驱动器和电源；所述上位机通过数据线和下位机连接，所述下位机通过两个数据发送端与两个驱动器连接，所述两个驱动器分别与旋转变距机构的伺服电机和步进电机相连，所述磁感探头通过电线连接在信号调理模块上，所述信号调理模块接在所述下位机的数据接收端，所述电源与信号调理模块、驱动器和下位机都有连接；

所述音轮耦接到旋转变距机构上，并构造用于实现音轮的旋转和轴向变距；所述旋进变距机构，包括步进导轨、滑台、步进电机、移动平台、第一支承、第一双沉头孔固定环、音轮定心定位件、第二双沉头孔固定环、第二支承、联轴器、伺服电机固定座和多个螺栓；所述移动平台通过螺钉固定在滑台上，并构造用于音轮的变距；所述第一支承、第二支承、伺服电机固定座从右往左依次通过多个螺栓固定在移动平台上；所述伺服电机通过联轴器，从左往右方向，依次把第一双沉头孔固定环、音轮、音轮定心定位件、第二双沉头孔固定环固定在转轴上，并构造用于音轮的旋转；

所述音轮包括设置在所述音轮的外周向表面上的周向均匀隔开的多个常规齿和设置在外表面上的第一标记齿和第二标记齿以及具有两个螺钉孔和轴孔的圆筒结构，所述第一标记齿和第二标记齿其特征在于，具有“八”字形对称结构，标志齿斜角为a，标志齿及其相邻常规齿可用来表示螺旋桨的零相角参考位置，所述的“八”字形双标志齿的小间距端面可以表示为螺旋桨的桨距参考位置，所述音轮构造成在所述的测控实验台操作期间同螺旋桨一同旋转或轴向变桨距；

所述磁感探头，能响应音轮的通过而产生特定的信号，其通过高度微调平台固定到试验台静止部件上，与所述音轮安装间隙可调，大小为δ；所述的特定的信号，其特征在于为磁感探头响应所述音轮上的多个均匀隔开的常规齿和标志齿的通过而产生的多个信号脉冲，所述多个信号脉冲的出现时序对应于在所述音轮的旋转期间，所述多个常规齿、第一标记齿和第二标记齿的通过时序，从而包含桨距、相角和转速的测量信息；

所述音轮定心定位件，其特征在于其上设有和音轮圆筒内直径相同的圆凸台和常规齿相嵌套的四个圆弧凸起，并构造用于音轮的定心和周向定位，其上有两个螺钉孔和轴孔，并和音轮上的三个孔位置成十字交叉形状，以降低音轮转子不存在偏心质量；

所述下位机，其特征在于，具体为嵌入式可编程系统，能根据用户的需求进行相应功能的程序开发。所述上位机和下位机，其特征在于，包含桨距和相角的误差补偿修正的斜率和偏置的数据表，用于修正补偿桨距和相角的线性误差曲线，这是由于标志齿的存在而引起的。

所述双沉头孔固定环，其特征在于，其上设有两个对称的沉头孔、径向螺纹孔以及开有裂口的轴孔；

所述的移动平台，其特征在于，其两边有加强肋，可以是n形或U形结构，用于加强抗弯刚度，以减少试验台工作过程中振动幅度过大的问题。

作为本发明的进一步方案，所述的螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，其特征在于，可以是两套或者多套测量系统，并将发动机模型应用到测量系统中，可以根据需求安装变桨距的螺旋桨，并构造成螺旋桨相同步降噪控制的半物理试验台。

作为本发明的进一步方案，所述的螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，其特征在于，可以在磁感探头和信号调理板之间接入滤波器，以降低驱动器所生产的信号波形噪声的干扰。

所述的音轮的定心定位方法，其特征在，包括如下过程：

从左往右，依次将第二双沉头孔固定环、音轮、音轮定心定位件、第一双沉头孔固定环套在转轴上，音轮和音轮定心定位件需要旋对方向然后压紧，周向螺栓放置在双沉头孔固定环、音轮和音轮定心定位件上的螺钉孔上，径向螺钉放置在双沉头孔固定环的径向螺纹孔内，并通过拧紧第一和第二双沉头孔固定环周向螺栓和径向螺钉，从而实现音轮的周向固定和轴向固定，并固定在转轴上。其中开裂口的轴孔可以在径向螺钉的拧紧作用下发生孔径变小，用于靠摩檫力固定在旋转轴上。

所述的测控实验台的控制方法，其特征在，包括如下过程：

上位机能接收下位机的发送数据而显示出来，并通过通讯协议发送数据包给下位机，下位机解析数据包的控制指令，进而控制步进电机旋转的转速和圈数以及伺服电机的转速，从而实现音轮8的旋转和轴向变距；磁感探头15此时会响应音轮的转速和位置变化，把特定的信号发送给信号调理模块，信号调理模块将信号进行低通滤波，钳位，差分放大和滞回比较之后调理成方波，并发送给下位机的数据接收端，下位机接收到数据之后会立即发送给上位机，上位机能根据指令大小和测量大小进行传感器的精度分析。

音轮8的设计方法，具有如下的逻辑步骤：

步骤1：选定音轮的桨距量程和直径尺寸；

步骤2：创建磁感探头和音轮的电磁场：依据磁感探头的型号，利用商用数值仿真软件，如COMSOL，Ansoft/Maxwell 3D，Fluent等，创建磁感探头和音轮的电磁场；

步骤3：确定齿数：研究不同齿数音轮对磁感探头波形匹配性的影响，并选择波形信号最好的齿数进行下一步研究；在此，定义幅值匹配性为标志齿最小峰值与常规齿峰值之比，其越接近1，波形品质越好；定义相对相位匹配性为调理后方波的占空比，越接近0.5，波形品质越好；

步骤4：确定齿宽：研究不同齿宽音轮对磁感探头测量的三个参数精度的影响；具体可以初设一个滞回比较阈值来把仿真波形调理成方波，然后数据处理量化计算三个参数的误差曲线，并分析选择最优的音轮齿宽；

步骤5：选择线性误差的齿差角范围：研究音轮两标志齿的齿差角对磁感探头测量的三个参数精度的影响，需要在非线性特征误差曲线中选择线性较好的齿差角范围；

步骤6：确定音轮尺寸：依据所仿真的数据，小齿差角对应于小桨距位置，大齿差角对应于大桨距位置，可采用五轴数控加工或3D打印的加工方式，但必须是软磁性材料。

与现有技术相比，本发明的优势是：针对目前国内没有一套完备的桨距-相角-转速一体化测量传感器的测量和控制试验台，提出一套功能完备的螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台和音轮优化设计方法。该试验台的旋转变距机构通过伺服电机控制音轮的转速，步进电机实现音轮轴向运动，其上位机具有可视化的测量评估界面，能显示当前测量值也能根据指令信号和测量信号的偏差进行测量精度评估，下位机具有能依据上位机指令控制电机和读取测量信号的功能，并且下位机为嵌入式可编程系统，能根据用户的需求进行相应程序功能的开发。而所提出的音轮优化方法，依据数值仿真确定真实音轮尺寸，最大限度的降低传感器的报废率。本发明通过上、下位机控制的模式及旋转变距机构实现了桨距-相角-转速传感器的信号测量和音轮-螺旋桨的旋转变桨距控制，以及提供一套音轮设计方法，对真实复杂的涡桨发动机的螺旋桨三参数一体化测量传感器的设计安装及测量精度试验具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的测控试验台的控制系统结构图。

图2为本发明的旋转变距机构的结构图。

图3为本发明的音轮定心定位固定方法示意图。

图4为本发明的音轮结构优化设计流程图。

图5为本发明的全标志齿齿差角范围下的三参数仿真误差曲线。

图6为本发明的非极端齿差角范围下的三参数仿真误差曲线。

图7为本发明的所设计音轮在试验台试验时的三参数实验误差曲线及桨距补偿误差曲线。

图中：1-步进导轨、2-滑台、3-步进电机、4-移动平台、5-第一支承、6-第一双沉头孔固定环、7-音轮定心定位件、8-音轮、81-常规齿、82-第一标志齿、83-第二标志齿、9-第二双沉头孔固定环、10-第二支承、11-联轴器、12-伺服电机固定座、13-伺服电机、14-螺栓、15-磁感探头、16-径向螺钉、17-周向螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。

请参阅图1，本发明实施例中，螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，包括音轮8、磁感探头15、旋转变距机构、信号调理模块、下位机、上位机、驱动器和电源；所述上位机通过数据线和下位机连接，所述下位机通过两个数据发送端与两个驱动器连接，所述两个驱动器分别与旋转变距机构的伺服电机和步进电机相连，所述磁感探头15通过电线连接在信号调理模块上，并在其中加入滤波器以降低驱动器带来的噪声干扰，所述信号调理模块接在所述下位机的数据接收端，所述电源与信号调理模块、驱动器和下位机都有连接，具体实施时可以在磁感探头和信号调理板之间接入滤波器，以降低驱动器所生产的信号波形噪声的干扰；

请参阅图2，所述音轮8耦接到旋转变距机构上，并构造用于实现音轮8的旋转和轴向变距；所述旋进变距机构，包括步进导轨1、滑台2、步进电机3、移动平台4、第一支承5、第一双沉头孔固定环6、音轮定心定位件7、第二双沉头孔固定环9、第二支承10、联轴器11、伺服电机固定座12和多个螺栓14；所述移动平台4通过螺钉固定在滑台2上，并构造用于音轮的变距；所述第一支承5、第二支承10、伺服电机固定座12从右往左依次通过多个螺栓14固定在移动平台4上；所述伺服电机13通过联轴器11，从左往右方向，依次把第一双沉头孔固定环6、音轮8、音轮定心定位件7、第二双沉头孔固定环9固定在转轴上，并构造用于音轮的旋转；

请参阅图3，所述音轮8包括设置在所述音轮的外周向表面上的周向均匀隔开的多个常规齿81和设置在外表面上的第一标记齿82和第二标记齿83以及具有两个螺钉孔和轴孔的圆筒结构，所述第一标记齿2和第二标记齿3其特征在于，具有“八”字形对称结构，标志齿斜角为a，标志齿及其相邻常规齿可用来表示螺旋桨的零相角参考位置，所述的“八”字形双标志齿的小间距端面可以表示为螺旋桨的桨距参考位置，所述音轮8构造成在所述的测控实验台操作期间同螺旋桨一同旋转或轴向变桨距；

请参阅图1，所述磁感探头15，能响应音轮的通过而产生特定的信号，其通过高度微调平台固定到试验台静止部件上，与所述音轮8安装间隙可调，大小为δ；所述的特定的信号，其特征在于为磁感探头15响应所述音轮8上的多个均匀隔开的常规齿81和标志齿的通过而产生的多个信号脉冲，从而包含桨距、相角和转速的测量信息；

请参阅图3，所述音轮定心定位件7，其特征在于其上设有和音轮8圆筒内直径相同的圆凸台和常规齿相嵌套的四个圆弧凸起，并构造用于音轮的定心和周向定位，其上有两个螺钉孔和轴孔，并和音轮8上的三个孔位置成十字交叉形状，以降低音轮转子不存在偏心质量；

所述下位机，其特征在于，具体为嵌入式可编程系统，能根据用户的需求进行相应功能的程序开发；所述上位机和下位机，其特征在于，包含桨距和相角的误差补偿修正的斜率和偏置的数据表，用于修正补偿桨距和相角的线性误差曲线，这是由于标志齿的存在而引起的一种现象。请参阅图5，6，7，分别为1200rpm转速下全标志齿齿差角范围下的三参数仿真误差曲线，非极端齿差角范围下的三参数仿真误差曲线，以及本发明所设计的音轮在试验台试验时的三参数实验误差曲线及桨距补偿误差曲线。可以明显的看到桨距和相角的误差曲线只有在非极端齿位下才能显现线性误差的规律，而根据这个线性误差规律进行桨距和相角换算式的斜率和偏置的修正，可以提高测量系统的精度。具体实施过程必须先仿真分析并选取线性性好的误差齿差角范围，以便提高桨距和相角的线性误差的线性性，从而提高线性补偿的精度。具体实施时可以只补偿修正桨距的误差曲线，因为相角的测量精度较高。

请参阅图3，所述双沉头孔固定环，其特征在于，其上设有两个对称的沉头孔、径向螺纹孔以及开有裂口的轴孔；

请参阅图2，所述的移动平台4，其特征在于，其两边有加强肋，可以是n形或U形结构，，用于加强抗弯刚度，以减少试验台工作过程中振动幅度过大的问题，具体实施的时候为n形结构。

所述的螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，其特征在于，可以是两套或者多套测量系统，并将发动机模型应用到测量系统中，可以根据需求安装变桨距的螺旋桨，并构造成螺旋桨相同步控制的半物理试验台，具体实施的时候使用一套测量系统。

请参阅图3，所述的音轮8的定心定位方法，其特征在，包括如下过程：

从左往右，依次将第二双沉头孔固定环6、音轮8、音轮定心定位件7、第一双沉头孔固定环9套在转轴上，音轮8和音轮定心定位件7需要旋对方向然后压紧，周向螺栓17放置在双沉头孔固定环、音轮8和音轮定心定位件7上的螺钉孔上，径向螺钉16放置在双沉头孔固定环的径向螺纹孔内，并通过拧紧第一和第二双沉头孔固定环周向螺栓17和径向螺钉16，从而实现音轮的周向固定和轴向固定，并固定在转轴上。

请参阅图1，所述的测控实验台的控制方法，其特征在，包括如下过程：

上位机能接收下位机的发送数据而显示出来，并通过通讯协议发送数据包给下位机，下位机解析数据包的控制指令，进而控制步进电机旋转的转速和圈数以及伺服电机的转速，从而实现音轮8的旋转和轴向变距；磁感探头15此时会响应音轮的转速和位置变化，把特定的信号发送给信号调理模块，信号调理模块将信号进行低通滤波，钳位，差分放大和滞回比较之后调理成方波，并发送给下位机的数据接收端，下位机接收到数据之后会立即发送给上位机，上位机能根据指令大小和测量大小进行传感器的精度分析。

请参阅图4，音轮8的设计方法，具有如下的逻辑步骤：

步骤1：选定音轮的桨距量程和直径尺寸；

步骤2：创建磁感探头和音轮的电磁场：依据磁感探头的型号，利用商用数值仿真软件，如COMSOL，Ansoft/Maxwell 3D，Fluent等，创建磁感探头和音轮的电磁场；

步骤3：确定齿数：研究不同齿数音轮对磁感探头波形匹配性的影响，并选择波形信号最好的齿数进行下一步研究；在此，定义幅值匹配性为标志齿最小峰值与常规齿峰值之比，其越接近1，波形品质越好；定义相对相位匹配性为调理后方波的占空比，越接近0.5，波形品质越好；

步骤4：确定齿宽：研究不同齿宽音轮对磁感探头测量的三个参数精度的影响；具体可以初设一个滞回比较阈值来把仿真波形调理成方波，然后数据处理量化计算三个参数的误差曲线，并分析选择最优的音轮齿宽；

步骤5：选择线性误差的齿差角范围：研究音轮两标志齿的齿差角对磁感探头测量的三个参数精度的影响，需要在非线性特征误差曲线中选择线性较好的齿差角范围；

步骤6：确定音轮尺寸：依据所仿真的数据，小齿差角对应于小桨距位置，大齿差角对应于大桨距位置，具体实施时根据仿真数据创建音轮的三维数字化模型，并利用五轴数控加工，材料为软磁性材料纯铁。

本发明的工作原理是：磁感探头15由感应线圈和永磁材料组成，音轮转动过程中会引起磁路中磁阻的交替变化，由变化的磁场会产生变化的电流，所以磁感探头15能够响应音轮上多个常规齿81、第一标记齿82和第二标记齿83的通过而产生包含桨距，相角和转速的信息的特定的信号，并通过测控系统实现对音轮三参数的测量和音轮的控制，以便评估传感器的性能。

功能：本发明的测控试验台可以为桨距-相角-转速一体化测量传感器的精度、稳定性等性能进行系统的评估，同时为音轮的优化设计提供技术参考。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，包括音轮(8)、磁感探头(15)、旋转变距机构、信号调理模块、下位机、上位机、驱动器和电源；所述上位机通过数据线和下位机连接，所述下位机通过两个数据发送端与两个驱动器连接，所述两个驱动器分别与旋转变距机构的伺服电机和步进电机相连，所述磁感探头(15)连接在信号调理模块上，中间可有滤波器，所述信号调理模块接在下位机的数据接收端，所述电源与信号调理模块、驱动器和下位机都有连接；

所述音轮(8)耦接到旋转变距机构上，并构造用于实现音轮(8)的旋转和轴向变距；所述旋进变距机构，包括步进导轨(1)、滑台(2)、步进电机(3)、移动平台(4)、第一支承(5)、第一双沉头孔固定环(6)、音轮定心定位件(7)、第二双沉头孔固定环(9)、第二支承(10)、联轴器(11)、伺服电机固定座(12)和多个螺栓(14)；所述移动平台(4)通过螺钉固定在滑台(2)上，并构造用于音轮的变距；所述第一支承(5)、第二支承(10)、伺服电机固定座(12)从右往左依次通过多个螺栓(14)固定在移动平台(4)上；所述伺服电机(13)通过联轴器(11)，从左往右方向，依次把第一双沉头孔固定环(6)、音轮(8)、音轮定心定位件(7)、第二双沉头孔固定环(9)固定在转轴上，并构造用于音轮的旋转；

所述音轮(8)包括设置在所述音轮的外周向表面上的周向均匀隔开的多个常规齿(81)和设置在外表面上的第一标记齿(82)和第二标记齿(83)以及具有两个螺钉孔和轴孔的圆筒结构，所述第一标记齿(2)和第二标记齿(3)其特征在于，具有“八”字形对称结构，标志齿斜角为a，标志齿及其相邻常规齿可用来表示螺旋桨的零相角参考位置，所述的“八”字形双标志齿的小间距端面可以表示为螺旋桨的桨距参考位置，所述音轮(8)构造成在所述的测控实验台操作期间同螺旋桨一同旋转或轴向变桨距；

所述磁感探头(15)，能响应音轮的通过而产生特定的信号，其通过高度微调平台固定到试验台静止部件上，与所述音轮(8)安装间隙可调，大小为δ；所述的特定的信号，其特征在于为磁感探头(15)响应所述音轮(8)上的多个均匀隔开的常规齿(81)和标志齿的通过而产生的多个信号脉冲，从而包含桨距、相角和转速的测量信息；

所述音轮定心定位件(7)，其特征在于其上设有和音轮(8)圆筒内直径相同的圆凸台和常规齿相嵌套的四个圆弧凸起，并构造用于音轮的定心和周向定位，其上有两个螺钉孔和轴孔，并与音轮(8)上的三个孔位置成十字交叉形状；

所述下位机，其特征在于，具体为嵌入式可编程系统，所述上位机和下位机，其特征在于，包含桨距和相角的误差补偿修正的斜率和偏置的数据表。

所述双沉头孔固定环，其特征在于，其上设有两个对称的沉头孔、径向螺纹孔以及开有裂口的轴孔；

所述的移动平台(4)，其特征在于，其两边有加强肋，可以是n形或U形结构。

2.如权利要求1所述的螺旋桨桨距-相角-转速测控试验台，其特征在于，可以是两套或者多套测量系统，并将发动机模型应用到测量系统中，可以根据需求安装变桨距的螺旋桨，并构造成螺旋桨相同步控制的半物理试验台。

3.如权利要求1所述的音轮(8)的定心定位方法，其特征在，包括如下过程：

从左往右，依次将第二双沉头孔固定环(6)、音轮(8)、音轮定心定位件(7)、第一双沉头孔固定环(9)套在转轴上，音轮(8)和音轮定心定位件(7)需要旋对方向然后压紧，周向螺栓(17)放置在双沉头孔固定环、音轮(8)和音轮定心定位件(7)上的螺钉孔上，径向螺钉(16)放置在双沉头孔固定环的径向螺纹孔内，并通过拧紧第一和第二双沉头孔固定环周向螺栓(17)和径向螺钉(16)，从而实现音轮的周向和轴向固定，并固定在转轴上。

4.如权利要求1所述的测控实验台的控制方法，其特征在，包括如下过程：

上位机能接收下位机的发送数据而显示出来，并通过通讯协议发送数据包给下位机，下位机解析数据包的控制指令，进而控制步进电机旋转的转速和圈数以及伺服电机的转速，从而实现音轮(8)的旋转和轴向变距；磁感探头(15)此时会响应音轮的转速和位置变化，把特定的信号发送给信号调理模块，信号调理模块将信号进行低通滤波，钳位，差分放大和滞回比较之后调理成方波，并发送给下位机的数据接收端，下位机接收到数据之后会立即发送给上位机，上位机能根据指令大小和测量大小进行传感器的精度分析。

5.音轮(8)的设计方法，具有如下的逻辑步骤：

步骤1：选定音轮的桨距量程和直径尺寸；

步骤2：创建磁感探头和音轮的电磁场：依据磁感探头的型号，利用商用数值仿真软件，如COMSOL，Ansoft/Maxwell 3D，Fluent等，创建磁感探头和音轮的电磁场；

步骤3：确定齿数：研究不同齿数音轮对磁感探头波形匹配性的影响，并选择波形信号最好的齿数进行下一步研究；在此，定义幅值匹配性为标志齿最小峰值与常规齿峰值之比，其越接近1，波形品质越好；定义相对相位匹配性为调理后方波的占空比，越接近0.5，波形品质越好；

步骤4：确定齿宽：研究不同齿宽音轮对磁感探头测量的三个参数精度的影响；具体可以初设一个滞回比较阈值来把仿真波形调理成方波，然后数据处理量化计算三个参数的误差曲线，并分析选择最优的音轮齿宽；

步骤5：选择线性误差的齿差角范围：研究音轮两标志齿的齿差角对磁感探头测量的三个参数精度的影响，需要在非线性特征误差曲线中选择线性较好的齿差角范围；

步骤6：确定音轮尺寸：依据所仿真的数据，小齿差角对应于小桨距位置，大齿差角对应于大桨距位置，可采用五轴数控加工或3D打印的加工方式，但必须是软磁性材料。

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