CN116753883A - 一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其包括陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路以多个位移传感器，波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路为串联关系；每个位移传感器都对应设置独立的位移传感器调节电路；位移传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号：位移传感器调节电路输出信号连接至磁悬浮装置的悬浮控制器；通过设置的陷波滤波电路、低通滤波电路、以及通过对悬浮线圈施加电磁力和调节可调电阻的方法对位移传感器输出进行调节。本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路和调节方法提高磁悬浮装置的位移传感器信号调节的准确性和简便性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路及调节方法。
背景技术
半导体机台用磁悬浮装置支撑和带动晶圆(wafer)旋转，此种磁悬浮装置包括定子和转子，使用位移传感器检测转子位置，并反馈至控制器用以决策悬浮控制线圈的电流输出，悬浮控制线圈的电流输出直接影响悬浮力和悬浮效果。因此，位移传感器的反馈信号准确性对磁悬浮装置的悬浮控制效果至关重要。
加工误差、安装误差、传感器个体差异、现场信号干扰等因素，都会影响位移传感器反馈信号的准确性，因此需要对位移传感器进行补正调节或校正调节。目前通常采用将金属材料手动放置于相对于位移传感器的不同位置，来采集并校正位移传感器信号，但是现有补正调节或校正调节普遍存在准确性不高、操作难度较大、无法滤除工作现场的信号干扰等缺陷。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本发明提供一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路及调节方法。
依据本发明的技术方案的第一方面，提供一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其包括陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路以多个位移传感器，波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路为串联关系；每个位移传感器都对应设置独立的位移传感器调节电路；位移传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号：位移传感器调节电路输出信号连接至磁悬浮装置的悬浮控制器；通过设置的陷波滤波电路、低通滤波电路、以及通过对悬浮线圈施加电磁力和调节可调电阻的方法对位移传感器输出进行调节。
其中，磁悬浮装置包括位置传感器、定子和转子，磁悬浮装置的定子作为磁悬浮装置的主要支撑部件，在磁悬浮装置与其他机械部件连接时起到连接固定作用。
进一步地，磁悬浮装置的转子在磁悬浮装置加电后处于悬浮状态，即不与磁悬浮装置的定子接触，以减小磁悬浮装置转子与定子之间的摩擦。位置传感器为磁悬浮装置的重要检测单元，用于获取磁悬浮装置转子的位置信息，以便于磁悬浮装置控制单元能够实时对转子位置采样并进行控制。位置传感器等角度地均分设置在转子的外周上。
优选地，在转子周围布置三个径向位移传感器，分别为第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器，均用以检测转子的径向位移。相邻径向位移传感器与转子中心的连线的夹角为120°。
进一步地，转子具有转子凸缘，转子凸缘为磁悬浮装置与其他需要使用磁悬浮装置的机械部件的连接结构，起到固定作用。
更进一步地，陷波滤波电路由运算放大器A和运算放大器B及电阻电容构成，运算放大器A与周围电阻电容构成陷波器，其带宽可按照实际工程需要选择适当阻值容值的电阻电容调节；运算放大器B为调理电路，通过调节可调电阻R4对电路的基本电压进行调节，起到电压信号的抬升作用。
依据本发明技术方案的第二方面，提供一种磁悬浮装置位移传感器调节方法，其使用上述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，包含以下步骤：
步骤S1，位移传感器调零，将第一位移传感器调零、第二位移传感器调零；
步骤S2，调节第一位移传感器放大倍数，以及第二位移传感器调零；
步骤S3，第三位移传感器调零和第二位移传感器放大倍数调节；
通过上述步骤S1、步骤S2和步骤S3，实施磁悬浮装置位移传感器调节，以控制悬浮控制线圈的输出电流分别将转子吸引到指定位置，通过调节对应位移传感器调节电路的可调电阻R7和R11实现磁悬浮装置位移传感器的精准调节。
本发明的实验证明，本发明提供一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路及调节方法，相比与现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路和调节方法，设有滤波电路，并通过对悬浮线圈施加电磁力和调节可调电阻的方法对位移传感器输出进行调节，调节准确性和易操作性得到提高。
2、本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路和调节方法提高磁悬浮装置的位移传感器信号调节的准确性和简便性。
3、本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路和调节方法，大幅提高磁悬浮装置位移传感器反馈信号的准确性，提高磁悬浮装置的控制精度。
附图说明
图1为依据本发明的磁悬浮装置的结构示意图。
图2为依据本发明的磁悬浮装置转子和位移传感器位置关系图。
图3为依据本发明的磁悬浮装置定子和径向悬浮控制线圈位置关系图。
图4为依据本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路的示意图。
图5为依据本发明的磁悬浮装置位移传感器调节方法的第一动态示意图。
图6为依据本发明的磁悬浮装置位移传感器调节方法的第二动态示意图。
图7为依据本发明的磁悬浮装置位移传感器调节方法的第三动态示意图。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
本发明各个实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
本发明提供一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路及调节方法，其中磁悬浮装置位移传感器调节电路包含陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路以多个位移传感器，波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路为串联关系；每个位移传感器都对应设置独立的位移传感器调节电路；位移传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号，如某些型号的位移传感器输出电流信号、则需要将电流信号转换为电压信号。位移传感器调节电路输出信号连接至磁悬浮装置的悬浮控制器。本发明的磁悬浮装置的位移传感器调节电路和调节方法通过设置的陷波滤波电路、低通滤波电路、以及通过对悬浮线圈施加电磁力和调节可调电阻的方法对位移传感器输出进行调节，位移传感器输出的调节准确性和易操作性都得到提高。
本发明的一种磁悬浮装置位移传感器调节方法，包含以下步骤：
步骤S1，位移传感器调零，具体地将第一位移传感器(位移传感器1)调零、第二位移传感器(位移传感器2)调零；
调零操作如下：给定悬浮控制线圈特定电流，将转子吸引至如图5所示位置，将图5所示左端位移传感器标示为第一位移传感器(位移传感器1)。此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路(图4中的调零放大电路部分)的输出，调节第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出为0。
步骤S2，调节第一位移传感器(位移传感器1)放大倍数，以及第二位移传感器(位移传感器2)调零；
具体实施例中，如图6所示，第二位移传感器(位移传感器2)调零和第一位移传感器(位移传感器1)放大倍数调节。给定悬浮控制线圈特定电流，将转子吸引至图6所示位置，将图6中右上位移传感器定义为第二位移传感器(位移传感器2)。此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出，调节第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出为0。图6中左端传感器为第一位移传感器(位移传感器1)，使用示波器或通过悬浮控制器读取第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出，调节第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的可调电阻R11，直至第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出为其中L为转子居中时，转子和转子限位装置之间的距离(气隙)，L相较于转子直径而言很小。
步骤S3，第三位移传感器(位移传感器3)调零和第二位移传感器(位移传感器2)放大倍数调节。
具体实施例中，如图7所示，第三位移传感器(位移传感器3)调零和第二位移传感器(位移传感器2)放大倍数调节。给定悬浮控制线圈特定电流，将转子吸引至图7所示位置，将图7中右下位移传感器定义为第三位移传感器(位移传感器3)。此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的输出，调节第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的输出为0。图7中右上端传感器为第二位移传感器(位移传感器2)，使用示波器或通过悬浮控制器读取第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出，调节第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的可调电阻R11，直至第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出为其中L为转子居中时，转子和转子限位装置之间的距离(气隙)，L相较于转子直径而言很小。
通过上述步骤S1、步骤S2和步骤S3，实施本发明磁悬浮装置位移传感器调节方法，以控制悬浮控制线圈的输出电流分别将转子吸引到指定位置，通过调节对应位移传感器调节电路的可调电阻R7和R11实现磁悬浮装置位移传感器的精准调节。
下述实施例中所使用的实验方法或数学推导或实现如无特殊说明，均为常规方法。下面结合附图，对本发明给予详细说明。
如图1所示的磁悬浮装置的结构示意图，磁悬浮装置包括位置传感器、定子和转子，磁悬浮装置的定子作为磁悬浮装置的主要支撑部件，在磁悬浮装置与其他机械部件连接时起到连接固定作用；磁悬浮装置的转子在磁悬浮装置加电后通常处于悬浮状态，即不与磁悬浮装置的定子接触，以减小磁悬浮装置转子与定子之间的摩擦；位置传感器为磁悬浮装置的重要检测单元，通常用于获取磁悬浮装置转子的位置信息，以便于磁悬浮装置控制单元能够实时对转子位置采样并进行控制。优选地，位置传感器等角度地均分设置在转子的外周上。
如图2所示的磁悬浮装置转子和位移传感器位置关系图，在转子周围布置三个径向位移传感器，分别为第一位置传感器1、第二位置传感器2和第三位置传感器3，用以检测转子的径向位移。相邻径向位移传感器与转子中心的连线的夹角为120°。转子具有转子凸缘，转子凸缘为磁悬浮装置与其他需要使用磁悬浮装置的机械部件的连接结构，起到固定作用。
如图3所示，在磁悬浮装置的定子上设置悬浮控制线圈和旋转控制线圈，悬浮控制线圈为通电后产生电磁力吸引转子悬浮，旋转控制线圈为通电后产生电磁力通过改变任一旋转控制线圈流过电流大小以实现转子的顺(逆)时针旋转。在一实施例中，悬浮控制线圈用于磁悬浮装置的径向悬浮和轴向悬浮，旋转控制线圈用于旋转解耦和径向悬浮解耦。
如图4所示，一种磁悬浮装置位移传感器调节电路包括陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路，陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路为串联关系，每个位移传感器都对应设置独立的调节电路；传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号(如某些型号的位移传感器输出电流信号，需要将电流信号转换为电压信号)。位移传感器调节电路输出信号连接至悬浮控制器。
陷波滤波电路由两个运算放大器(运算放大器A和运算放大器B)及电阻电容构成，运算放大器A(上方所示的运算放大器)与周围电阻电容(电阻R1、R2、R3和电容C1、C2、C3)构成陷波器，其带宽可按照实际工程需要选择适当阻值容值的电阻电容调节；运算放大器B(下方所示的运算放大器)为调理电路，通过调节可调电阻R4对电路的基本电压进行调节，起到电压信号的抬升作用。具体陷波滤波电路结构如图4所示。所述的陷波滤波电路为阻带宽度很窄的带阻滤波器，用以滤除工频干扰，如可以用以滤除50Hz的信号干扰。在图4中，陷波滤波电路的陷波中心频率为在此电路中c1＝c2，R2＝R3，R1＝0.5R2，c3＝2c1。最常见的情况，在滤除50Hz干扰信号时，可以设置R2＝R3＝318.4kΩ，c1＝c2＝0.01μF，则fc＝50Hz。上述取值均为叙述方便所做的示例，并非对电路进行限制。
低通滤波器电路可对位移传感器信号的高频信号进行滤除，其截至频率可通过调整电容C4的值调节。具体低通滤波器电路结构如图4所示。所述的低通滤波电路用以滤除射频干扰等高频信号干扰，其截至频率为此部分器件取值可以根据现场的实际干扰情况决定。例如当选取R5＝R6＝50kΩ，c4＝c5＝0.01μF，则截止频率为fc2＝318.5Hz。上述取值均为叙述方便所做的示例，并非对电路进行限制。
跟随电路由运算放大器构成，其主要作用起到隔离强弱电信号、增强整个电路的驱动能力的作用。具体跟随电路结构如图4所示。跟随电路用以隔离前后电路(低通滤波器电路和调零放大电路)，消除前后电路之间的影响，提高带负载能力。
调零放大电路主要有两个运算放大器及可调电阻R7、R11构成，运算放大器A可为调零放大电路提供基础参考信号，其输出与R9通过的位移信号相加，两者之和再经第二个运算放大器构成的比例放大器放大成为传输到控制器的控制信号。具体调零放大电路结构如图4所示。调零放大电路设置R8＝R9，则调零放大电路的输出满足式中Uout为到控制器的信号，UR7为可调电阻R7可调端的电位，UR9为前级电路(跟随电路)的输出电位。由此可见，调节R7和R11可以改变电路输出，即可以调节位移传感器输出。
图5、图6和图7给出了磁悬浮装置位移传感器调节方法，如图5所示，通过控制线圈电流，将转子吸引至图5所示位置，此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路(图4中的调零放大电路部分)的输出，调节第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出为0。
如图6所示，给定悬浮控制线圈特定电流，将转子吸引至图6所示位置。此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出，调节第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出为0。使用示波器或通过悬浮控制器读取第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出，调节第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的可调电阻R11，直至第一位移传感器(位移传感器1)的信号调节电路的输出为其中L为转子居中时，转子和转子限位装置之间的距离(气隙)，L相较于转子直径而言很小。
如图7所示，用于第三位移传感器(位移传感器3)调零和第二位移传感器(位移传感器2)放大倍数调节。给定悬浮控制线圈特定电流，将转子吸引至图7所示位置。此时使用示波器或通过悬浮控制器读取第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的输出，调节第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的可调电阻R7，直至第三位移传感器(位移传感器3)的信号调节电路的输出为0。使用示波器或通过悬浮控制器读取第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出，调节第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的可调电阻R11，直至第二位移传感器(位移传感器2)的信号调节电路的输出为其中L为转子居中时，转子和转子限位装置之间的距离(气隙)，L相较于转子直径而言很小
图5、图6和图7中，虚线为陶瓷壁或保护轴承等转子的限位装置，此位置为转子径向运动的极限位置。需要指出的是，图片为了清晰表示，放大了转子和转子限位装置之间的距离，实际上此距离相比转子直径通常非常小。在图5、图6和图7中，定子和位移传感器位置及定义未发生改变。
在优选实施例中，位移传感器调节电路如图4所示，位移传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号，位移传感器调节电路输出信号连接至悬浮控制器。陷波滤波电路用以滤除50Hz的信号干扰。在图4中，陷波滤波电路的陷波中心频率为在此电路中c1＝c2，R2＝R3，R1＝0.5R2，c3＝2c1。设置R2＝R3＝318.4kΩ，c1＝c2＝0.01μF，则fc＝50Hz。
低通滤波电路用以滤除射频干扰等高频信号干扰，选取R5＝R6＝50kΩ，c4＝c5＝0.01μF，则截止频率为fa＝318.5Hz。
跟随电路用以隔离其前后电路，消除它们之间的影响，提高带负载能力。调零放大电路设置R8＝R9＝10kΩ，R7和R11为最大10kΩ的可调电阻，调零放大电路的输出满足式中Uout为到控制器的信号，UR7为可调电阻R7可调端的电位，UR9为前级电路(跟随电路)的输出电位。
本发明针对的磁悬浮装置包括但不限于半导体行业支撑和旋转晶圆(wafer)所用的磁悬浮电机，为叙述方便所提及的磁悬浮装置的结构并非对发明内容进行限制，其他与之类似结构的磁悬浮装置的位移传感器调节电路及方法或本行业从业人员根据具体情况稍加改变的类似电路及方法均在权力要求范围之内
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分上述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，其包括陷波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路以多个位移传感器，波滤波电路、低通滤波电路、跟随电路和调零放大电路为串联关系；每个位移传感器都对应设置独立的位移传感器调节电路；位移传感器调节电路输入为位移传感器输出的电压信号：
位移传感器调节电路输出信号连接至磁悬浮装置的悬浮控制器；
通过设置的陷波滤波电路、低通滤波电路、以及通过对悬浮线圈施加电磁力和调节可调电阻的方法对位移传感器输出进行调节。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，磁悬浮装置包括位置传感器、定子和转子，磁悬浮装置的定子作为磁悬浮装置的主要支撑部件，在磁悬浮装置与其他机械部件连接时起到连接固定作用。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，磁悬浮装置的转子在磁悬浮装置加电后处于悬浮状态，即不与磁悬浮装置的定子接触，以减小磁悬浮装置转子与定子之间的摩擦。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，位置传感器为磁悬浮装置的重要检测单元，用于获取磁悬浮装置转子的位置信息，以便于磁悬浮装置控制单元能够实时对转子位置采样并进行控制。
5.根据权利要求4所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，位置传感器等角度地均分设置在转子的外周上。
6.根据权利要求2所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，在转子周围布置三个径向位移传感器，分别为第一位置传感器、第二位置传感器和第三位置传感器，均用以检测转子的径向位移。
7.根据权利要求6所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，相邻径向位移传感器与转子中心的连线的夹角为120°。
8.根据权利要求7所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，转子具有转子凸缘，转子凸缘为磁悬浮装置与其他需要使用磁悬浮装置的机械部件的连接结构，起到固定作用。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，其特征在于，陷波滤波电路由运算放大器A和运算放大器B及电阻电容构成，运算放大器A与周围电阻电容构成陷波器，其带宽可按照实际工程需要选择适当阻值容值的电阻电容调节；运算放大器B为调理电路，通过调节可调电阻R4对电路的基本电压进行调节，起到电压信号的抬升作用。
10.一种磁悬浮装置位移传感器调节方法，其使用根据权利要求1-9之任一所述的磁悬浮装置的位移传感器调节电路，包含以下步骤：
步骤S1，位移传感器调零，将第一位移传感器调零、第二位移传感器调零；
步骤S2，调节第一位移传感器放大倍数，以及第二位移传感器调零；
步骤S3，第三位移传感器调零和第二位移传感器放大倍数调节；
通过上述步骤S1、步骤S2和步骤S3，实施磁悬浮装置位移传感器调节，以控制悬浮控制线圈的输出电流分别将转子吸引到指定位置，通过调节对应位移传感器调节电路的可调电阻R7和R11实现磁悬浮装置位移传感器的精准调节。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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