WO2020173119A1 - 位移校正装置、磁悬浮轴承系统及其位移校正方法 - Google Patents

位移校正装置、磁悬浮轴承系统及其位移校正方法 Download PDF

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displacement
reference signal
corrected
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郭伟林
赵聪
贺永玲
胡叨福
李雪
孙建东
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珠海格力电器股份有限公司
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Definitions

  • the present disclosure belongs to the field of magnetic suspension technology, and specifically relates to a displacement correction device, a magnetic suspension bearing system and a displacement correction method thereof. Background technique
  • the common sensor is an eddy current displacement sensor (hereinafter referred to as an eddy current sensor).
  • the eddy current sensor has high resolution, but the linear range is insufficient.
  • the axial position detection of the shaft requires a larger sensor range.
  • the position signal output of the eddy current sensor is obviously non-linear; that is, the sensor output signal and the displacement signal are not linear, which leads to inaccurate detection positions, which in turn leads to unstable suspension and poor suspension accuracy , Even lead to shaft collision, damage the magnetic levitation system.
  • a displacement correction device including: a reference circuit for providing a reference signal; and a correction circuit for performing logarithmic operation on a nonlinear displacement signal to be corrected based on the reference signal , Get the corrected linear displacement signal.
  • the displacement correction device further includes: a controller, configured to determine whether the linear displacement signal meets a set threshold, and if the linear displacement signal does not meet the set threshold, output an adjustment signal to The reference circuit; wherein the reference circuit is used to adjust the reference signal based on the adjustment signal to obtain an adjusted reference signal.
  • the displacement correction device further includes: an analog-to-digital converter for analog-to-digital conversion of the linear displacement signal to obtain a digital signal of the linear displacement signal, and Number The word signal is output to the controller.
  • the reference circuit includes: an adjusting resistor, a first current-limiting resistor, and a comparator; wherein, the adjusting end of the adjusting resistor serves as the input end of the adjusting signal, and the adjusting resistor is connected to the comparator.
  • the non-inverting input terminal of the comparator; the first current limiting resistor is also connected to the non-inverting input terminal of the comparator, the inverting input terminal of the comparator is connected to the output terminal of the comparator, and the The output terminal is connected to the reference signal input terminal of the correction circuit.
  • the adjusting end of the adjusting resistor is configured to receive the adjusting signal
  • the first connecting end of the adjusting resistor is electrically connected to the ground end
  • the second connecting end of the adjusting resistor is electrically connected to the ground.
  • the non-inverting input terminal of the comparator; the first connection terminal of the first current limiting resistor is electrically connected to the non-inverting input terminal of the comparator, and the second connection terminal of the first current limiting resistor is configured to receive power from the circuit Voltage; the output terminal of the comparator serves as the reference signal output terminal of the reference circuit.
  • the correction circuit includes: a second current-limiting resistor, a third current-limiting resistor, and a logarithmic operation circuit; wherein, the second current-limiting resistor is connected to the reference signal output terminal of the reference circuit And the reference signal input terminal of the logarithmic operation circuit; the third current-limiting resistor is connected between the nonlinear displacement signal output terminal to be corrected and the signal input terminal of the logarithmic operation circuit to be corrected.
  • the first connection end of the second current limiting resistor is electrically connected to the reference signal output end of the reference circuit, and the second connection end of the second current limiting resistor is electrically connected to the logarithm The reference signal input terminal of the arithmetic circuit; the first connection terminal of the third current limiting resistor is configured to receive the nonlinear displacement signal to be corrected, and the second connection terminal of the third current limiting resistor is electrically connected to the The input terminal of the signal to be corrected for the logarithmic arithmetic circuit.
  • the logarithmic operation circuit includes: an operational amplifier and a transistor; wherein the operational amplifier and the transistor are constructed to form the logarithmic operation circuit; or, the logarithmic operation circuit is a logarithmic operation chip.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected includes: an axial displacement signal of the magnetic bearing detected by an eddy current sensor.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected includes: the minimum value of the axial displacement signal output by the eddy current sensor;
  • the initial value of the reference signal includes: The set minimum reference signal.
  • a magnetic suspension bearing system including: the displacement correction device as described above.
  • a displacement correction method for a magnetic suspension bearing system including Including: providing a reference signal; and based on the reference signal, performing a logarithmic operation on the nonlinear displacement signal to be corrected to obtain a corrected linear displacement signal.
  • the displacement correction method further includes: determining whether the linear displacement signal meets a set threshold, and if the linear displacement signal does not meet the set threshold, outputting an adjustment signal; and based on the adjustment The signal adjusts the reference signal to obtain an adjusted reference signal.
  • the displacement correction method before determining whether the linear displacement signal meets a set threshold, the displacement correction method further includes: performing analog-to-digital conversion on the linear displacement signal to obtain a digital signal of the linear displacement signal.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected includes: an axial displacement signal of the magnetic bearing detected by an eddy current sensor.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected includes: the minimum value of the axial displacement signal output by the eddy current sensor;
  • the initial value of the reference signal includes: The set minimum reference signal.
  • Fig. 1 is a schematic structural diagram showing a displacement correction device according to some embodiments of the present disclosure
  • Fig. 2 is a schematic view showing the detection of an axial sensor used in a magnetic suspension bearing system according to some embodiments of the present disclosure
  • Fig. 3 is a graph showing the signal correction effect of an eddy current sensor used in a magnetic bearing system according to some embodiments of the present disclosure
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of displacement correction devices according to other embodiments of the present disclosure.
  • Fig. 5 is a schematic flowchart showing a sensor matching method for a magnetic bearing system according to some embodiments of the present disclosure
  • Fig. 6 is a flow chart showing a displacement correction method for a magnetic suspension bearing system according to some embodiments of the present disclosure
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for matching a reference signal according to some embodiments of the present disclosure.
  • a specific device when it is described that a specific device is located between the first device and the second device, there may or may not be an intermediate device between the specific device and the first device or the second device.
  • the specific device When it is described that a specific device is electrically connected to another device, the specific device may be directly electrically connected to the other device without an intervening device, or may not be directly electrically connected to the other device but having an intervening device.
  • the eddy current sensor can be used to detect the shaft displacement of the magnetic bearing system. Since the position detection signal output by the eddy current sensor and the shaft displacement signal are not linear, the accuracy of the shaft position detection is relatively poor.
  • the embodiments of the present disclosure provide a displacement correction device to improve the detection accuracy of the shaft position.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a displacement correction device according to some embodiments of the present disclosure. As shown in Figure 1, The displacement correction device includes a reference circuit 110 and a correction circuit 120.
  • the reference circuit 110 can be used to provide a reference signal S ref .
  • the reference circuit 110 may be used to provide a reference signal and output the reference signal to the reference signal input terminal of the correction circuit 120 (that is, the first input terminal of the correction circuit 120).
  • the correction circuit 120 may be used to perform logarithmic operation on the nonlinear displacement signal S »0Illill to be corrected based on the reference signal S ref to obtain a corrected linear displacement signal S lin .
  • the correction circuit can effectively correct the nonlinear displacement signal output by the eddy current sensor into a linear displacement signal.
  • the non-linear signal output by the existing eddy current sensor is corrected to a linear signal through a circuit based on logarithmic operation.
  • the reference signal is provided by the reference circuit, and the non-linear displacement signal to be corrected is logarithmically calculated based on the reference signal by the correction circuit to obtain the corrected linear displacement signal to realize the linear correction of the nonlinear displacement signal.
  • the above-mentioned displacement correction device has a simple structure, and has good correction accuracy and high reliability.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the detection of an axial sensor used in a magnetic suspension bearing system according to some embodiments of the present disclosure.
  • the shaft 210 in the magnetic suspension bearing system moves along the axial direction 2101.
  • the distance that the shaft can move in the axial direction is n, that is, n is the distance the shaft moves. Therefore, the minimum effective range required by the eddy current sensor 220 is n.
  • Fig. 3 is a graph showing the signal correction effect of an eddy current sensor used in a magnetic bearing system according to some embodiments of the present disclosure.
  • the dashed line 310 represents the output signal of the eddy current sensor, that is, the dashed line 310 represents the output signal of the eddy current sensor before correction, and the solid line 320 represents the output signal of the eddy current sensor after correction.
  • the accuracy of the eddy current sensor is higher, but the linear range is smaller. It can be seen from the dashed line 310 that for the detection distance n of the magnetic bearing system, the rate of change of the output signal of the eddy current sensor decreases significantly as the distance increases.
  • the displacement correction device of the embodiment of the present disclosure can effectively correct the non-linear displacement signal output by the eddy current sensor into a linear signal, so the accuracy of the bearing displacement detection can be improved.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the structure of a displacement correction device according to other embodiments of the present disclosure.
  • the displacement correction device may include a reference circuit 110 and a correction circuit 120.
  • the reference circuit may be used to provide a reference signal and output the reference signal to the first input terminal of the correction circuit.
  • the reference circuit 110 is an adjustable reference circuit.
  • the output signal of the reference circuit The signal can be a voltage signal or a current signal.
  • the reference circuit 110 can be used to adjust a reference signal (also referred to as a reference signal). Therefore, the displacement correction device can automatically adjust the reference signal, which is suitable for the correction of different sensors (for example, different sensors may have differences).
  • the reference circuit 110 may include: an adjusting resistor Ra, a first current limiting resistor R1, and a comparator 1101.
  • the reference circuit can output an adjustable reference signal (that is, an adjustable reference voltage signal) S ref through the above-mentioned resistors and operational amplifiers.
  • the adjusting terminal of the adjusting resistor Ra serves as the input terminal of the adjusting signal, and the adjusting resistor Ra is connected to the non-inverting input terminal of the comparator 1101.
  • the regulating end of the regulating resistor Ra is configured to receive the regulating signal S adj .
  • the regulating end of the regulating resistor Ra is connected to the regulating signal output terminal of the controller 430 (described later).
  • the first connecting end of the adjusting resistor Ra is electrically connected to the ground terminal, and the second connecting end of the adjusting resistor Ra is electrically connected to the non-inverting input end of the comparator 1101.
  • the first current limiting resistor R1 is also connected to the non-inverting input terminal of the comparator 1101.
  • the first connection terminal of the first current limiting resistor R1 is electrically connected to the non-inverting input terminal of the comparator 1101, and the second connection terminal of the first current limiting resistor R1 is configured to receive the circuit supply voltage Vcc.
  • the inverting input terminal of the comparator 1101 is connected to the output terminal of the comparator 1101, and the comparator 1101
  • the output terminal of 1101 is connected to the reference signal input terminal of the correction circuit 120 (that is, the first input terminal of the correction circuit).
  • the output terminal of the comparator 1101 serves as the reference signal output terminal of the reference circuit 110.
  • the reference circuit has a simple structure, and the reference signal is adjustable, and the use flexibility is good.
  • the reference circuit may also adopt other forms of controllable output reference circuits.
  • the above-mentioned embodiments of the present disclosure are based on a resistor divider circuit mode followed by an operational amplifier.
  • Other forms of controllable output circuits may include programmable signal output chips, DAC converters, or adjustable resistance voltage regulator circuits. Therefore, the scope of the embodiments of the present disclosure is not limited to the form of the reference circuit disclosed herein.
  • the correction circuit may be used to perform a logarithmic operation on the nonlinear displacement signal to be corrected based on the reference signal to obtain a corrected linear displacement signal.
  • the linear correction circuit of the eddy current displacement sensor can effectively correct the nonlinear displacement signal output by the eddy current sensor into a linear signal.
  • the logarithmic operation circuit and its characteristics can be used to automatically adjust the reference voltage according to the collected logarithmic circuit output voltage, so that the correction circuit is suitable for different sensor outputs, without changing the hardware circuit, effectively increasing the power Road suitability.
  • the non-linear signal output by the existing eddy current sensor is corrected to a linear signal through a circuit based on logarithmic operation.
  • the reference signal is provided by the reference circuit, and the non-linear displacement signal to be corrected is logarithmically calculated based on the reference signal by the correction circuit to obtain the corrected linear displacement signal to realize the linear correction of the nonlinear displacement signal.
  • the structure is simple, and the calibration is accurate and reliable.
  • the correction circuit 120 may include: a second current-limiting resistor R2, a third current-limiting resistor R3, and a logarithmic operation circuit 1202.
  • the second current limiting resistor R2 is connected to the reference signal output terminal of the reference circuit 110 (for example, the output terminal of the comparator 1101) and the reference signal input terminal of the logarithmic operation circuit 1202 (that is, the logarithmic operation Between the first input of the circuit).
  • the first connection end of the second current limiting resistor R2 is electrically connected to the reference signal output end of the reference circuit 110
  • the second connection end of the second current limiting resistor R2 is electrically connected to the reference signal input end of the logarithmic operation circuit 1202. .
  • the third current limiting resistor R3 is connected between the non-linear displacement signal output terminal to be corrected and the signal input terminal to be corrected of the logarithmic operation circuit 1202 (that is, the second input terminal of the logarithmic operation circuit).
  • the first connection end of the third current limiting resistor R3 is configured to receive the nonlinear displacement signal S n0Illill to be corrected, and the second connection end of the third current limiting resistor R3 is electrically connected to the signal to be corrected of the logarithmic operation circuit 1202 Input terminal.
  • a logarithmic operation circuit can be used to perform logarithmic operations on the signal to achieve linear conversion.
  • Logarithm operation circuit or integrated logarithm operation circuit
  • Logarithm operation circuit generally contains two input current signals 1 2 , L is the reference signal, and 1 2 is the nonlinear signal to be corrected.
  • the circuit has certain restrictions on the size of the input current signal. Therefore, the input signal 1 2 Perform processing and matching to achieve signal correction.
  • the input signal is a current signal
  • series resistance or other conversion methods can also be used (for example, other conversion methods can be dedicated conversion chips or dedicated function circuits built), Convert voltage to current signal.
  • Logarithmic calculation circuit, series resistance method, other conversions The function of the method is to convert a voltage signal into a current signal.
  • the logarithmic arithmetic circuit includes an operational amplifier, according to the "virtual short” and “virtual break" characteristics of the operational amplifier, the series resistor can convert the voltage signal into a current signal.
  • a voltage signal can be taken as an example, and the input-output relationship is:
  • the input signal Ui range has been determined, i.e., the range 12 is determined.
  • the output signal Uo that is, the voltage signal form of the linear displacement signal S lin
  • the sensor's nonlinear signal correction and output signal range adjustment have been realized.
  • the sensor axial detection distance is different, and the output voltage range of different eddy current sensors is also different, the signal range to be corrected is different.
  • Uo linear displacement signal S lin
  • U ref matching U ref (i.e., the reference signal S ref) depending on the signal to be corrected for this disclosed design according o increased linear displacement
  • the signal to be corrected of the correction circuit is not limited to a voltage signal, and is also applicable to a current signal.
  • the conversion circuit for the voltage signal can be any existing voltage-current conversion circuit.
  • the voltage-current conversion circuit may include a dedicated voltage-current signal conversion chip or a dedicated function circuit built.
  • a correction circuit is formed by the second current limiting resistor, the third current limiting resistor, and the logarithmic operation circuit.
  • the structure of the correction circuit is simple, reliable and safe.
  • the logarithmic operation circuit and its characteristics can be used to automatically adjust the reference voltage according to the collected logarithmic circuit output voltage, so that the correction circuit is suitable for different sensor outputs, without changing the hardware circuit, which effectively increases the applicability of the circuit .
  • the logarithmic operation circuit 1202 may include: an operational amplifier and a triode.
  • the operational amplifier and the transistor are constructed to form a logarithmic circuit; or, the logarithmic operation circuit may be a logarithmic operation chip.
  • a technology known to those skilled in the art can be used to build an operational amplifier and a triode to form a logarithmic circuit.
  • the logarithmic arithmetic circuit can be an integrated circuit or a self-built circuit. Perform logarithmic function operations.
  • the logarithmic operation circuit can be a circuit or an integrated circuit that can perform logarithmic processing on the signal.
  • logarithmic operation can be realized through various forms of logarithmic operation circuits, which can improve the flexibility and convenience of logarithmic operations.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected may include: an axial displacement signal of the magnetic bearing (the shaft 210 shown in FIG. 2) detected by an eddy current sensor (the eddy current sensor 220 shown in FIG. 2) .
  • the linear correction circuit of the eddy current displacement sensor For example: Using the linear correction circuit of the eddy current displacement sensor, the output signal of the sensor is corrected to a linear signal, the linear range is improved, and the accuracy of the position signal detection is improved.
  • the circuit can meet the calibration needs of different sensor ranges and avoid changing the hardware circuit.
  • the non-linear signal S n of the eddy current sensor mlin is input to the correction circuit, and finally a linear signal is output (for example, refer to the solid line 320 shown in Figure 3).
  • a linear signal for example, refer to the solid line 320 shown in Figure 3.
  • the magnetic bearing system is added
  • the linear range of the eddy current sensor improves the reliability of the system and the circuit has wide applicability.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected may include: the minimum value of the axial displacement signal output by the eddy current sensor.
  • the initial value of the reference signal may include: a set minimum reference signal.
  • the reference voltage can be adjusted automatically through software control to match different linear correction output requirements, and the output signal range can be adjusted.
  • the displacement correction device may further include: a controller 430.
  • the controller 430 may be disposed between the correction circuit 120 and the reference circuit 110.
  • the controller 430 may be used to determine whether the linear displacement signal S lin meets a set threshold, and if the linear displacement signal does not meet the set threshold, output an adjustment signal S adj to the reference circuit 110.
  • a small range threshold can be set, and if it is not within the threshold range, the threshold requirement is not met. For example, if the minimum value of the threshold is set to 0, when the linear displacement signal S lin is less than 0, the threshold is not met.
  • the controller 430 outputs the adjustment signal S adj for adjustment and changes the output value of S lin .
  • the set threshold can be set according to the signal collection range of the controller 430 and the data processing needs of the entire system. For example, if the signal output range after correction is 1 ⁇ 3, the signal start value is 1, and the threshold can be set to around 1. For example, 1 ⁇ 1.1, etc.
  • the controller 430 may also be used to determine whether the linear displacement signal S lin meets a set threshold, if the linear displacement signal meets the set threshold, complete the to-be-corrected
  • the matching setting of the measurement subject of the nonlinear displacement signal (such as eddy current sensor).
  • the controller 430 may be an MCU (Microcontroller Unit, Microcontroller Unit).
  • the MCU is the main control chip.
  • the reference circuit 110 may be used to adjust the reference signal based on the adjustment signal S adj to obtain an adjusted reference signal.
  • the correction circuit 120 may be used to perform a logarithmic operation on the nonlinear displacement signal to be corrected again based on the adjusted reference signal to obtain the linear displacement signal after correction.
  • the non-linear signal output by the eddy current sensor is corrected to a linear signal by a circuit based on logarithmic calculation; at the same time, the reference voltage is automatically adjusted through software control to match the reference voltage to different linear correction output requirements, and the output signal range is adjustable ,
  • the circuit can meet the calibration needs of different sensor ranges, avoid changing the hardware circuit, and increase the applicability of the circuit.
  • the reference circuit is controlled to adjust the reference signal, and then the nonlinear displacement signal to be corrected is corrected again based on the adjusted reference signal, thereby achieving the
  • the matching of the reference signal of the eddy current sensor is conducive to improving the accuracy and reliability of the matching.
  • the displacement correction device may further include: an analog-to-digital converter (Analog-to-Digital Converter, ADC for short) 440.
  • ADC Analog-to-Digital Converter
  • the analog-to-digital converter 440 may be provided between the correction circuit 120 and the controller 430.
  • the analog-to-digital converter 440 may be used to perform analog-to-digital conversion of the linear displacement signal S lin to obtain a digital signal of the linear displacement signal, and output the digital signal of the linear displacement signal to the controller 430. In this way, the controller can determine whether the linear displacement signal after the analog-to-digital conversion meets the set threshold.
  • the analog-to-digital converter 440 can be used as a signal acquisition module to acquire the output signal (that is, the linear displacement signal Slin).
  • a magnetic suspension bearing system is also provided.
  • the magnetic suspension bearing system may include the displacement correction device described above.
  • the solution of the present disclosure provides a linear correction circuit for an eddy current displacement sensor, which can be applied to the magnetic bearing system of a variable frequency centrifugal chiller.
  • the linear correction circuit of the eddy current displacement sensor can effectively correct the nonlinear displacement signal output by the eddy current sensor into a linear signal.
  • the logarithmic arithmetic circuit and its characteristics can be used to automatically adjust the reference voltage according to the collected logarithmic circuit output voltage, so that the correction circuit is suitable for different sensor outputs, without changing the hardware circuit, which effectively increases the applicability of the circuit.
  • the signal input and output relationship is a logarithmic curve, which is similar to the sensor signal attenuation curve.
  • the solution of the present disclosure corrects the non-linear signal output by the existing eddy current sensor into a linear signal through a circuit based on logarithmic operation; at the same time, it automatically adjusts the reference voltage through software control to match different Linear correction output requirements, the output signal range is adjustable.
  • the solution of the present disclosure proposes a displacement correction device, which serves as a linear correction circuit of an eddy current sensor, and corrects the nonlinear signal output by the eddy current sensor into a linear signal through a circuit based on logarithmic operation;
  • the reference voltage is automatically adjusted to match different linear calibration output requirements through software control, and the output signal range is adjustable.
  • the circuit can meet the calibration needs of different sensor ranges, avoid changing the hardware circuit, and increase the applicability of the circuit.
  • the solution of the present disclosure uses the linear correction circuit of the eddy current displacement sensor to correct the sensor output to a linear signal, which improves the linear range and improves the accuracy of position signal detection; the circuit can meet the correction needs of different sensor ranges and avoid changing hardware Circuit. In this way, the linear range of the eddy current sensor of the magnetic bearing system is increased, the reliability of the system is improved, and the circuit applicability is wide.
  • the specific implementation process of the solution of the present invention can be exemplified.
  • the axial movement of the shaft is shown in Figure 2, and the axial movable distance is II, that is, n is the distance of shaft movement, so the minimum effective range required by the eddy current sensor is II.
  • the accuracy of the eddy current sensor is higher, but the linear range is smaller.
  • the rate of change of the sensor output signal decreases significantly with the increase of the distance.
  • the dashed line 310 represents the output signal of the eddy current sensor, that is, the dashed line 310 represents the output signal of the eddy current sensor before correction
  • the solid line 320 represents the output signal of the eddy current sensor after correction.
  • the displacement correction device of the present disclosure may be as shown in FIG. 4.
  • the displacement correction device may include: an adjustable reference circuit, a logarithmic operation circuit, an MCU acquisition and control part.
  • the nonlinear signal of the eddy current sensor is input to the displacement correction device, and finally a linear signal is output (the solid line shown in Figure 3).
  • the solution of the present disclosure adds an adjustable reference circuit to adjust the reference signal.
  • the rectification circuit can automatically adjust the reference signal, which is suitable for the calibration of different sensors (each sensor may have a difference).
  • Fig. 5 is a schematic flow diagram showing a sensor matching method for a magnetic bearing system according to some embodiments of the present disclosure. As shown in FIG. 5, the matching method may include steps S502 to S514.
  • step S502 matching is started.
  • step S504 the sensor outputs the minimum value of the axial displacement signal. Even if the axial displacement signal Ui (that is, the nonlinear displacement signal S n ( mlin ) output by the sensor) is the minimum value.
  • step S506 the initial value of the reference signal is given.
  • the initial value of the MCU control given reference signal 11 ⁇ ie S ref
  • step S508 the controller collects and outputs the linear displacement signal S lin through the analog-to-digital converter. That is, MCU collects and reads the output value Uo of the correction circuit through ADC signal.
  • step S510 it is determined whether the linear displacement signal S lin meets the set threshold. If it is not satisfied, the process proceeds to step S512; if it is satisfied, the process proceeds to step S514.
  • step S512 the controller controls the reference circuit to adjust the reference signal.
  • the controller controls the reference circuit to adjust the reference signal according to the required output range of the linear displacement signal until the desired linear displacement signal is obtained.
  • step S514 the matching is completed.
  • the foregoing method achieves (for example, using software) the purpose of automatically matching the displacement correction device to the sensor.
  • This method can avoid changing the hardware circuit as much as possible, and improves the applicability of the correction circuit.
  • each signal S n ( miin , 8 ⁇ and S n ; f is a voltage signal as an example
  • the sensor signal Ui that is, the nonlinear displacement signal S n ( mlin )
  • the MCU controls the initial U ref Value (ie the reference signal S ref , for example
  • the reference circuit is preferably an adjustable reference circuit, which may be any existing controllable output reference circuit, and the output of the reference circuit may be a voltage signal or a current signal.
  • a resistor divided voltage and a circuit followed by an operational amplifier are taken as an example.
  • Other forms of controllable output circuits include programmable signal output chips, DAC converters, adjustable resistance voltage regulator circuits, and so on.
  • the signal to be corrected of the linear correction circuit is not limited to the voltage signal, but is also applicable to the current signal; the voltage signal conversion can be any existing voltage-current conversion circuit.
  • the technical solution of the present invention is used to automatically adjust the reference voltage according to the collected logarithmic circuit output voltage through the use of the logarithmic circuit, so that the correction circuit is suitable for different sensor outputs, without changing the hardware circuit, and effectively increasing To improve the applicability of the circuit, the stability and reliability of the magnetic levitation can also be improved.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating a displacement correction method for a magnetic suspension bearing system according to some embodiments of the present disclosure.
  • the displacement correction method for the magnetic suspension bearing system may include: step S610 and step S620.
  • a reference signal is provided.
  • the reference circuit can output the reference signal to the first input terminal of the correction circuit.
  • the reference circuit can be an adjustable reference circuit to adjust the reference signal.
  • This circuit can automatically adjust the reference signal to be suitable for the calibration of different sensors (each sensor may have differences).
  • step S620 based on the reference signal, logarithmic operation is performed on the nonlinear displacement signal to be corrected to obtain the corrected linear displacement signal.
  • the linear correction circuit used for the eddy current displacement sensor can effectively correct the nonlinear displacement signal output by the eddy current sensor into a linear signal.
  • the logarithmic operation circuit and its characteristics can be used to automatically adjust the reference voltage according to the collected logarithmic circuit output voltage, so that the correction circuit is suitable for different sensor outputs, without changing the hardware circuit, which effectively increases the applicability of the circuit.
  • the nonlinear signal output by the existing eddy current sensor is corrected by a circuit based on logarithmic calculation It is a linear signal.
  • the reference signal is provided by the reference circuit, and the non-linear displacement signal to be corrected is logarithmically calculated by the correction circuit based on the reference signal to obtain the corrected linear displacement signal to realize the linear correction of the nonlinear displacement signal.
  • the circuit structure is simple, and the correction accuracy is good, and the reliability is high.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected may include: an axial displacement signal of the magnetic bearing (the shaft 10 shown in FIG. 2) detected by the eddy current sensor (the eddy current sensor 220 shown in FIG. 2) .
  • the linear correction circuit used for the eddy current displacement sensor is used to correct the output signal of the sensor to a linear signal, which improves the linear range and improves the accuracy of position signal detection.
  • the circuit can meet the calibration needs of different sensor ranges and avoid changing the hardware circuit.
  • the non-linear signal of the eddy current sensor is input to the correction circuit, and the final output is a linear signal (solid line 320 shown in Figure 3). In this way, the linear range of the eddy current sensor used in the magnetic suspension bearing system is increased, the reliability of the system is improved, and the circuit applicability is wide.
  • the nonlinear displacement signal to be corrected may include: the minimum value of the axial displacement signal output by the eddy current sensor.
  • the initial value of the reference signal can include: The set minimum reference signal.
  • the reference voltage can be automatically adjusted to match different linear correction output requirements through software control, so that the range of the output signal can be adjusted.
  • the matching of the reference signal of the eddy current sensor is achieved, which is reliable and safe.
  • the above-mentioned displacement correction method may further include: a process of matching a reference signal.
  • the above-mentioned displacement correction method may further include: determining whether the linear displacement signal meets a set threshold, if the linear displacement signal does not meet the set threshold, outputting an adjustment signal; and adjusting the reference signal based on the adjustment signal to obtain an adjustment After the reference signal.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for matching a reference signal according to some embodiments of the present disclosure.
  • the specific process of matching the reference signal will be further described with reference to the schematic flowchart of an embodiment of the reference signal matching in the method of the present disclosure shown in FIG. 7.
  • the method for matching the reference signal may include: step S710 and step S720.
  • Step S710 Determine whether the linear displacement signal meets a set threshold. If the linear displacement signal is not satisfied When the set threshold is reached, the adjustment signal is output to the reference circuit.
  • the controller may also be used in the operation of determining whether the linear displacement signal meets a set threshold, if the linear displacement meets the set threshold, complete the nonlinear displacement to be corrected
  • the signal measurement subject such as the matching setting of the eddy current sensor.
  • Step S720 Adjust the reference signal based on the adjustment signal to obtain an adjusted reference signal. Furthermore, the correction circuit can be used to perform logarithmic operation on the nonlinear displacement signal to be corrected again based on the adjusted reference signal to obtain the linear displacement signal after correction.
  • the non-linear signal output by the eddy current sensor is corrected to a linear signal by a circuit based on logarithmic operation; at the same time, the reference voltage is automatically adjusted through software control, so that the reference voltage matches different linear correction output requirements, and the output signal range is adjustable .
  • the circuit can meet the calibration needs of different sensor ranges, avoid changing the hardware circuit, and increase the applicability of the circuit.
  • the reference circuit is controlled to adjust the reference signal, and then the nonlinear displacement signal to be corrected is corrected again based on the adjusted reference signal, thereby achieving the
  • the matching of the reference signal of the eddy current sensor is conducive to improving the accuracy and reliability of the matching.
  • the displacement correction method may further include: performing analog-to-digital conversion on the linear displacement signal to obtain a digital signal of the linear displacement signal. For example, after performing analog-to-digital conversion of the linear displacement signal, the digital signal of the linear displacement signal is obtained, and then the digital signal of the linear displacement signal is output to the controller, so that the controller can determine whether the linear displacement signal after the analog-to-digital conversion is Meet the set threshold.
  • the ADC is an analog-to-digital converter to collect the final output signal.
  • the technical solution of this embodiment is adopted to correct the nonlinear signal output by the existing eddy current sensor into a linear signal through a circuit based on logarithmic operation; at the same time, the reference voltage is automatically adjusted through software control, so that The reference voltage matches different linear correction output requirements, the output signal range is adjustable, the application range is wide, and the reliability is high.
  • the above advantageous methods can be freely combined and superimposed.

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Abstract

一种位移校正装置，该装置包括：基准电路（110）和校正电路（120）；其中，所述基准电路用于提供基准信号；所述校正电路用于基于所述基准信号，将待校正的非线性位移信号进行对数运算，得到校正后的线性位移信号。该位移校正装置可以解决电涡流传感器输出的位置检测信号与轴的位移信号不是线性关系而导致检测准确性差的问题，达到提升检测准确性的效果。一种磁悬浮轴承系统及其位移校正方法，使用上述位移校正装置。

Description

位移校正装置、 磁悬浮轴承系统及其位移校正方法 相关申请的交叉引用
本申请是以 CN申请号为 201910146759.3,申请日为 2019年 2月 27日的申请为基础， 并主张其优先权， 该 CN申请的公开内容在此作为整体引入本申请中。 技术领域
本公开属于磁悬浮技术领域， 具体涉及一种位移校正装置、 磁悬浮轴承系统及其 位移校正方法。 背景技术
在磁悬浮轴承系统中， 要实现轴的稳定悬浮， 需要精密的位置传感器实时检测轴 的位置。 根据磁悬浮系统的需要， 对位置传感器的线性度、 分辨率有较高的要求。 常 见的传感器为电涡流位移传感器 （以下简称为电涡流传感器） 。
电涡流传感器分辨率高， 但线性量程不足。 磁悬浮轴承系统中， 轴的轴向位置检 测需要较大的传感器量程。 在满足量程需要时， 电涡流传感器的位置信号输出呈明显 的非线性； 也就是传感器输出的信号与位移信号不是线性关系， 这就导致检测的位置 不准确， 进而导致悬浮不稳定、 悬浮精度差， 甚至导致轴碰撞， 损坏磁悬浮系统。
上述内容仅用于辅助理解本公开的技术方案， 并不代表承认上述内容是现有技术。 发明内容
根据本公开的一个方面， 提供了一种位移校正装置， 包括： 基准电路， 用于提供 基准信号； 以及校正电路， 用于基于所述基准信号， 将待校正的非线性位移信号进行 对数运算， 得到校正后的线性位移信号。
在一些实施例中， 所述位移校正装置还包括： 控制器， 用于确定所述线性位移信 号是否满足设定阈值， 若所述线性位移信号不满足所述设定阈值， 则输出调节信号至 所述基准电路；其中，所述基准电路用于基于所述调节信号对所述基准信号进行调节， 以得到调节后的基准信号。
在一些实施例中， 所述位移校正装置还包括： 模数转换器， 用于将所述线性位移 信号进行模数转换以得到所述线性位移信号的数字信号， 并将所述线性位移信号的数 字信号输出至所述控制器。
在一些实施例中，所述基准电路包括：调节电阻、第一限流电阻和比较器；其中， 所述调节电阻的调节端作为调节信号的输入端， 且所述调节电阻连接至所述比较器的 同相输入端； 所述第一限流电阻也连接至所述比较器的同相输入端， 所述比较器的 反相输入端连接至所述比较器的输出端， 且所述比较器的输出端连接至所述校正电路 的基准信号输入端。
在一些实施例中， 所述调节电阻的调节端被配置为接收所述调节信号， 所述调节 电阻的第一连接端电连接至接地端， 所述调节电阻的第二连接端电连接至所述比较器 的同相输入端； 所述第一限流电阻的第一连接端电连接至所述比较器的同相输入端， 所述第一限流电阻的第二连接端被配置为接收电路供电电压； 所述比较器的输出端作 为所述基准电路的基准信号输出端。
在一些实施例中， 所述校正电路包括： 第二限流电阻、 第三限流电阻和对数运算 电路； 其中， 所述第二限流电阻， 连接在所述基准电路的基准信号输出端与所述对数 运算电路的基准信号输入端之间； 所述第三限流电阻， 连接在待校正的非线性位移信 号输出端与所述对数运算电路的待校正信号输入端之间。
在一些实施例中， 所述第二限流电阻的第一连接端电连接至所述基准电路的基准 信号输出端， 所述第二限流电阻的第二连接端电连接至所述对数运算电路的基准信号 输入端； 所述第三限流电阻的第一连接端被配置为接收所述待校正的非线性位移信号， 所述第三限流电阻的第二连接端电连接至所述对数运算电路的待校正信号输入端。
在一些实施例中， 所述对数运算电路包括： 运算放大器和三极管； 其中， 所述运 算放大器和所述三极管搭建形成所述对数运算电路； 或者， 所述对数运算电路为对数 运算芯片。
在一些实施例中， 所述待校正的非线性位移信号包括： 由电涡流传感器检测得到 的磁悬浮轴承的轴向位移信号。
在一些实施例中， 在对所述电涡流传感器进行基准信号匹配的情况下： 所述待校 正的非线性位移信号包括： 所述电涡流传感器输出的所述轴向位移信号的最小值； 所 述基准信号的初始值包括： 设定的最小基准信号。
根据本公开的另一个方面， 提供了一种磁悬浮轴承系统， 包括： 如前所述的位移 校正装置。
根据本公开的另一个方面， 提供了一种用于磁悬浮轴承系统的位移校正方法， 包 括： 提供基准信号； 以及基于所述基准信号， 将待校正的非线性位移信号进行对数运 算， 得到校正后的线性位移信号。
在一些实施例中， 所述位移校正方法还包括： 确定所述线性位移信号是否满足设 定阈值， 若所述线性位移信号不满足所述设定阈值， 则输出调节信号； 以及基于所述 调节信号对所述基准信号进行调节， 以得到调节后的基准信号。
在一些实施例中， 在确定所述线性位移信号是否满足设定阈值之前， 所述位移校 正方法还包括： 对所述线性位移信号进行模数转换以得到所述线性位移信号的数字信 号。
在一些实施例中， 所述待校正的非线性位移信号包括： 由电涡流传感器检测得到 的磁悬浮轴承的轴向位移信号。
在一些实施例中， 在对所述电涡流传感器进行基准信号匹配的情况下： 所述待校 正的非线性位移信号包括： 所述电涡流传感器输出的所述轴向位移信号的最小值； 所 述基准信号的初始值包括： 设定的最小基准信号。 附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例， 并且连同说明书一起用于解 释本公开的原理。
参照附图， 根据下面的详细描述， 可以更加清楚地理解本公开， 其中： 图 1是示出根据本公开一些实施例的位移校正装置的结构示意图；
图 2是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的轴向传感器的检测示 意图；
图 3是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的电涡流传感器信号校 正效果曲线图；
图 4是示出根据本公开另一些实施例的位移校正装置的结构示意图；
图 5是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的传感器匹配方法的流 程示意图；
图 6是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的位移校正方法的流程 图；
图 7是示出根据本公开一些实施例的用于匹配基准信号的方法的流程图。
应当明白， 附图中所示出的各个部分的尺寸并不必须按照实际的比例关系绘制。 此外， 相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。 具体实施方式
本公开现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。 对示例性实施例 的描述仅仅是说明性的， 决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。 本公开可以 以许多不同的形式实现， 不限于这里所述的实施例。 提供这些实施例是为了使本公开 透彻且完整， 并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。 应注意到： 除非另外具 体说明， 否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、 材料的组分、 数字表达 式和数值应被解释为仅仅是示例性的， 而不是作为限制。
本公开中使用的 “第一” 、 “第二” 以及类似的词语并不表示任何顺序、 数量或 者重要性， 而只是用来区分不同的部分。 “包括” 或者 “包含” 等类似的词语意指在 该词前的要素涵盖在该词后列举的要素， 并不排除也涵盖其他要素的可能。 “上”、
“下” 、 “左” 、 “右” 等仅用于表示相对位置关系， 当被描述对象的绝对位置改变 后， 则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中， 当描述到特定器件位于第一器件和第二器件之间时， 在该特定器件 与第一器件或第二器件之间可以存在居间器件， 也可以不存在居间器件。 当描述到特 定器件电连接其它器件时， 该特定器件可以与所述其它器件直接电连接而不具有居间 器件， 也可以不与所述其它器件直接电连接而具有居间器件。
本公开使用的所有术语 （包括技术术语或者科学术语） 与本公开所属领域的普通 技术人员理解的含义相同， 除非另外特别定义。 还应当理解， 在诸如通用字典中定义 的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义， 而不应 用理想化或极度形式化的意义来解释， 除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员己知的技术、 方法和设备可能不作详细讨论， 但在适 当情况下， 所述技术、 方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在相关技术中， 可以利用电涡流传感器检测磁悬浮轴承系统的轴的位移， 由于电 涡流传感器输出的位置检测信号与轴的位移信号不是线性关系， 从而导致该轴的位置 的检测准确性比较差。
鉴于此， 本公开的实施例提供了一种位移校正装置， 以提升轴的位置的检测准确 性。
图 1 是示出根据本公开一些实施例的位移校正装置的结构示意图。 如图 1 所示， 该位移校正装置包括基准电路 110和校正电路 120。
该基准电路 110可以用于提供基准信号 Sref。 例如， 该基准电路 110可以用于提 供基准信号，并将该基准信号输出至校正电路 120的基准信号输入端 (即校正电路 120 的第一输入端) 。
该校正电路 120可以用于基于该基准信号 Sref，将待校正的非线性位移信号 S»0Illill 进行对数运算， 得到校正后的线性位移信号 Slin。 例如： 该校正电路可有效地将电涡 流传感器输出的非线性位移信号校正为线性位移信号。
例如： 将现有的电涡流传感器输出的非线性信号， 通过基于对数运算的电路校正 为线性信号。 对数运算电路处理前后的信号关系为对数关系， 即 y=log ( x/a) ， y为 电路输出信号， x为电路输入信号， a为基准信号。
由此， 通过基准电路提供基准信号， 进而通过校正电路基于该基准信号将待校正 的非线性位移信号进行对数运算后， 得到校正后的线性位移信号， 实现对非线性位移 信号的线性校正，提升了对轴承位移检测的准确性。而且上述位移校正装置结构简单， 且校正的精准性好、 可靠性高。
图 2是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的轴向传感器的检测示 意图。 如图 2所示， 在磁悬浮轴承系统中的轴 210沿着轴向 2101运动。 轴在轴向上 可移动的距离为 n， 即 n为轴移动的距离。 因此电涡流传感器 220所需的最小有效量 程为 n。
图 3是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的电涡流传感器信号校 正效果曲线图。
如图 3所示， 虚线 310代表电涡流传感器的输出信号， 即虚线 310表示校正前的 电涡流传感器输出信号， 实线 320表示校正后的电涡流传感器输出信号。 电涡流传感 器的精度较髙， 但线性量程较小。 从虚线 310可以看出， 针对磁悬浮轴承系统的检测 距离 n， 该电涡流传感器输出信号的变化率随距离的增加明显减小。 而本公开实施例 的位移校正装置可以有效地将电涡流传感器输出的非线性位移信号校正为线性信号， 因此可以提升对轴承位移检测的准确性。
图 4是示出根据本公开另一些实施例的位移校正装置的结构示意图。 图 4所示， 该位移校正装置可以包括基准电路 110和校正电路 120。 具体地， 所述基准电路， 可 以用于提供基准信号， 并将所述基准信号输出至校正电路的第一输入端。
例如： 如图 4所不， 该基准电路 110为可调基准电路。 例如， 基准电路的输出信 号可以是电压信号或电流信号。 该基准电路 110可以用于调整基准信号 （也可以称为 参考信号） 。 因此， 该位移校正装置可自动对基准信号进行调整， 从而适用于不同传 感器的校正 （例如， 不同的传感器可能存在差异） 。
在一些实施例中， 如图 4所示， 该基准电路 110可以包括： 调节电阻 Ra、 第一限 流电阻 R1和比较器 1101。 该基准电路通过上述电阻及运放等器件， 可以输出可调的 基准信号 （即可调的参考电压信号） Sref。
具体地， 所述调节电阻 Ra的调节端作为调节信号的输入端， 且所述调节电阻 Ra 连接至所述比较器 1101的同相输入端。 如图 4所示， 调节电阻 Ra的调节端被配置为 接收调节信号 Sadj。 例如， 调节电阻 Ra的调节端连接至控制器 430 （后面将描述） 的 调节信号输出端。 如图 4所示， 调节电阻 Ra的第一连接端电连接至接地端， 该调节 电阻 Ra的第二连接端电连接至比较器 1101的同相输入端。
具体地， 所述第一限流电阻 R1也连接至所述比较器 1101 的同相输入端。 例如， 如图 4所示， 该第一限流电阻 R1的第一连接端电连接至比较器 1101的同相输入端， 该第一限流电阻 R1的第二连接端被配置为接收电路供电电压 Vcc。
所述比较器 1101的反相输入端连接至所述比较器 1101的输出端， 且所述比较器
1101的输出端连接至所述校正电路 120的基准信号输入端（即校正电路的第一输入端）。 该比较器 1101的输出端作为基准电路 110的基准信号输出端。
由此， 通过调节电阻、 第一限流电阻和比较器， 形成基准电路。 该基准电路结构 简单， 且基准信号可调， 使用灵活性好。
需要说明的是， 基准电路除了可以为图 4所示的可调基准电路， 也可以采用其他 形式的可控输出基准电路。 例如： 本公开的上述实施例是以电阻分压、 运放跟随的电 路方式。而其他形式的可控输出电路例如可以包括可编程信号输出芯片、 DAC转换器 或可调电阻电压调节电路等。 因此本公开实施例的范围并不仅限于这里所公开的基准 电路的形式。
具体地， 所述校正电路， 可以用于基于所述基准信号， 将待校正的非线性位移信 号进行对数运算， 得到校正后的线性位移信号。
例如： 电涡流位移传感器线性校正电路， 可有效地将电涡流传感器输出的非线性 位移信号校正为线性信号。
例如： 可以利用对数运算电路及其特点， 根据采集到的对数电路输出电压自动调 整基准电压， 使校正电路适用不同的传感器输出， 无需更改硬件电路， 有效增加了电 路适用性。
例如： 将现有的电涡流传感器输出的非线性信号， 通过基于对数运算的电路校正 为线性信号。 对数运算电路处理前后的信号关系为对数关系， 即 y=log （x/a） ， y为 电路输出信号， x为电路输入信号， a为基准参考信号。
由此， 通过基准电路提供基准信号， 进而通过校正电路基于该基准信号将待校正 的非线性位移信号进行对数运算后， 得到校正后的线性位移信号， 实现对非线性位移 信号的线性校正， 结构简单， 且校正的精准性好、 可靠性高。 在一个可选例子中， 如 图 4所示， 所述校正电路 120可以包括： 第二限流电阻 R2、 第三限流电阻 R3和对数 运算电路 1202。
具体地， 所述第二限流电阻 R2连接在所述基准电路 110的基准信号输出端 （例 如比较器 1101的输出端） 与所述对数运算电路 1202的基准信号输入端 （即对数运算 电路的第一输入端） 之间。 例如， 第二限流电阻 R2 的第一连接端电连接至基准电路 110的基准信号输出端，该第二限流电阻 R2的第二连接端电连接至对数运算电路 1202 的基准信号输入端。
具体地， 第三限流电阻 R3连接在待校正的非线性位移信号输出端与所述对数运 算电路 1202 的待校正信号输入端 （即对数运算电路的第二输入端） 之间。 例如， 第 三限流电阻 R3的第一连接端被配置为接收待校正的非线性位移信号 Sn0Illill,第三限流 电阻 R3的第二连接端电连接至对数运算电路 1202的待校正信号输入端。
例如： 由于传感器输出的非线性信号的曲线特性类似于指数函数， 因此可以利用 对数运算电路将该信号进行对数运算， 进而实现线性转换。 对数运算电路 （或集成对 数运算电路） 一般包含两个输入电流信号
Figure imgf000009_0001
12, L为参考信号， 12为待校正的非线 性信号。 输入输出关系为： U0 = A - log（I2/I1）, 其中 A为固定常数。 电路对输入的电 流信号大小有一定的限制。 因此可以通过对输入信号
Figure imgf000009_0002
12进行处理、 匹配来实现信 号的校正。 其中， 对输入信号 Ii、 12进行处理、 匹配才能实现信号的校正， 包括： 根 据欧姆定律 I=U/R, h的大小匹配通过基准信号 Sref （此时， 基准信号 Sref为基准电 压信号 Uref）及第二限流电阻 R2来调整， 12的大小根据非线性位移信号 Sn（mlin（此时， 非线性位移信号 Sn（mlin为非线性的电压输入信号 UO 及第三限流电阻 R3来调整。
例如： 由于输入信号为电流信号， 根据对数运算电路 （或集成电路） 的特点， 也 可以通过串电阻或其他转换方式 （例如， 其他转换方式可以为专用转换芯片或者搭建 的专用功能电路） ， 将电压转换为电流信号。 对数运算电路、 串电阻方式、 其他转换 方式的作用， 都是将电压信号转换为电流信号。 这里， 由于对数运算电路包括运算放 大器， 根据运算放大器的“虚短” 、 “虚断” 的特点， 串联电阻可将电压信号转换为 电流信号。 如： 串电阻方式是指电压信号输入串联电阻后 ， 由于电阻末端连接运算 放大器输入端， 放大器反相端接地， 由于运算放大器的 “虚短” 、 “虚断” 的特点， 可以使得电压信号对应于电流信号 i=U/R。
因此， 本公开的方案， 可以以电压信号为例， 输入输出关系为：
Figure imgf000010_0001
为基准信号 sref的电压信号形式。对于特定的电涡流位移传感器， 其输入信号 Ui的范 围已经确定， 即 12范围确定。 为了信号实现最佳校正及合理的输出信号 Uo （即线性 位移信号 Slin的电压信号形式） 的输出范围， 这就需要匹配合适的 Uref。 例如要使 Uo 最小输出为 0 附近， 则需调整 Uref 的值使 l! ^I2的最小值， 则 Uo输出最小值约为 Alogl=0 o
以上， 己经实现了传感器非线性信号的校正及输出信号范围调整。 但是， 对于不 同的轴承系统， 传感器轴向检测距离不同， 以及不同的电涡流传感器输出电压范围也 不同， 则待校正的信号范围就不同。为保证线性校正效果及校正后信号 Uo（即线性位 移信号 Slin）的范围，就需要根据不同的待校正信号匹配调整 Uref（即基准信号 Sref） o 为此本公开设计增加了线性位移信号 Slin的采样读取及基准信号 S#的软件控制部分。
需要说明的是， 在本公开的实施例中， 校正电路的待校正信号不限于电压信号， 也适用于电流信号。 例如， 用于电压信号的转换电路可以是现有的任何形式的电压 - 电流转换电路。 例如： 电压-电流转换电路可以包括专用电压-电流信号转换芯片或者 搭建的专用功能电路。
由此， 通过第二限流电阻、 第三限流电阻和对数运算电路形成校正电路。 该校正 电路的结构简单， 且可靠、 安全。
在上述实施例中， 可以利用对数运算电路及其特点， 根据采集到的对数电路输出 电压自动调整基准电压， 使校正电路适用不同的传感器输出， 无需更改硬件电路， 有 效增加了电路适用性。
可选地， 所述对数运算电路 1202 可以包括： 运算放大器和三极管。 所述运算放 大器和所述三极管搭建形成对数电路；或者，所述对数运算电路可以为对数运算芯片。 例如， 可以采用本领域技术人员已知的技术将运算放大器和三极管搭建形成对数电路。
例如： 如图 4所示， 对数运算电路可以是集成电路或者自行搭建的电路， 对信号 进行对数函数运算。 其中， 对数运算电路可以采用可对信号进行对数处理的电路或者 集成电路。 例如： 采用运算放大器及三极管搭建的对数电路， 或者芯片厂家的对数运 算芯片如 ADL5303芯片。
由此， 通过多种形式的对数运算电路实现对数运行， 可以提升对数运算的灵活性 和便捷性。
可选地， 待校正的非线性位移信号可以包括： 由电涡流传感器 （如图 2所示的电 涡流传感器 220） 检测得到的磁悬浮轴承 （如图 2所示的轴 210） 的轴向位移信号。
例如： 利用电涡流位移传感器线性校正电路， 将传感器的输出信号校正为线性信 号， 提高了线性量程， 提髙了位置信号检测的准确性。 电路可满足不同传感器量程的 校正需要， 避免更改硬件电路。 如图 4所示， 电涡流传感器的非线性信号 Sn（mlin输入 到校正电路， 最终输出线性信号 （例如， 参考图 3所示的实线 320） 。 这样， 增加了 用于磁悬浮轴承系统的电涡流传感器的线性量程， 提高了系统的可靠性， 电路适用性 广。
由此， 通过对电涡流传感器检测到的非线性位移信号进行校正， 可以实现磁悬浮 轴承系统中对轴承位移的精准检测， 进而提升悬浮可靠性和精准性。
在一些实施例中， 在对电涡流传感器进行所述基准信号的匹配的情况下： 待校正 的非线性位移信号，可以包括：所述电涡流传感器输出的所述轴向位移信号的最小值。 所述基准信号的初始值可以包括： 设定的最小基准信号。 例如： 可以通过软件控制自 动调整基准电压匹配不同的线性校正输出要求， 输出信号范围可调。 由此， 通过基于 设定的最小基准信号对电涡流传感器输出的轴向位移的最小值进行初步校正， 实现对 电涡流传感器的基准信号的匹配， 可靠且安全。
在一个可选实施方式中， 如图 4所示， 位移校正装置还可以包括： 控制器 430。 具体地， 所述控制器 430可以设置在所述校正电路 120与所述基准电路 110之间。 该 控制器 430可以用于确定所述线性位移信号 Slin是否满足设定阈值， 若所述线性位移 信号不满足所述设定阈值， 则输出调节信号 Sadj至所述基准电路 110。 例如， 为了调 节校正后信号起始值的大小， 可以设定一个小范围阈值， 不在阈值范围内即为不满足 阈值要求。 例如， 设定阈值最小值为 0, 则当线性位移信号 Slin小于 0时即为不满足 阈值， 此时， 控制器 430输出调节信号 Sadj进行调节， 改变 Slin的输出值。 这里， 设 定阈值可以根据控制器 430 的信号采集范围及整个系统数据处理需要来设置。 例如， 若需要校正后的信号输出范围是 1〜 3, 则信号起始值为 1， 阈值可以设定为 1附近， 例如， 1〜1.1等。
具体在使用过程中， 所述控制器 430还可以用于在确定所述线性位移信号 Slin是 否满足设定阈值的操作中， 若所述线性位移信号满足所述设定阈值， 则完成对待校正 的非线性位移信号的测量主体 （如电涡流传感器） 的匹配设置。 例如， 该控制器 430 可以为 MCU （Microcontroller Unit, 微控制单元） 。 例如， MCU为主控制芯片。
具体地， 所述基准电路 110可以用于基于所述调节信号 Sadj对所述基准信号进行 调节， 以得到调节后的基准信号。 进而， 所述校正电路 120可以用于基于该调节后的 基准信号， 再次将待校正的非线性位移信号进行对数运算， 以得到再次校正后的线性 位移信号。
例如： 将电涡流传感器输出的非线性信号通过基于对数运算的电路校正为线性信 号； 同时通过软件控制自动调整基准电压， 使该基准电压匹配不同的线性校正的输出 要求， 输出信号范围可调， 电路可满足不同传感器量程的校正需要， 避免更改硬件电 路， 增加了电路适用性。
由此， 通过在确定校正电路输出的线性位移信号不满足设定阈值的情况下， 控制 基准电路调节基准信号， 进而基于调节后的基准信号对待校正的非线性位移信号进行 再次校正， 从而实现对电涡流传感器的基准信号的匹配， 有利于提升匹配的精准性和 可靠性。
在一个可选实施方式中， 如图 4 所示， 位移校正装置还可以包括： 模数转换器 （ Analog-to-Digital Converter, 简称为 ADC） 440。 具体地， 所述模数转换器 440 可以设置在所述校正电路 120与所述控制器 430之间。 该模数转换器 440可以用于将 线性位移信号 Slin进行模数转换以得到该线性位移信号的数字信号， 并将该线性位移 信号的数字信号输出至控制器 430。 这样， 控制器可以确定经模数转换后的线性位移 信号是否满足设定阈值。
例如： 该模数转换器 440可以作为信号采集模块， 用于采集输出信号 （即线性位 移信号 Slin） 。
由此， 通过对校正后的线性位移信号进行模数转换后再确定经模数转换后的线性 位移信号是否满足设定阈值， 可以提升判断的精准性和便捷性。
经大量的试验验证， 采用本公开的技术方案， 通过电涡流位移传感器线性校正电 路， 可有效地将电涡流传感器输出的非线性位移信号校正为线性信号， 从而可以提升 对轴承位移检测的准确性。 根据本公开的实施例， 还提供了一种磁悬浮轴承系统。 该磁悬浮轴承系统可以包 括以上所述的位移校正装置。
在一个可选实施方式中， 本公开的方案， 提供一种电涡流位移传感器线性校正电 路， 可以应用于变频离心式冷水机组的磁悬浮轴承系统。
可选地， 本公开的方案中， 电涡流位移传感器线性校正电路， 可有效地将电涡流 传感器输出的非线性位移信号校正为线性信号。
具体地， 可以利用对数运算电路及其特点， 根据采集到的对数电路输出电压自动 调整基准电压， 使校正电路适用不同的传感器输出， 无需更改硬件电路， 有效增加了 电路适用性。
其中， 对数运算电路处理前后的信号关系为对数关系， 即 y=log ( x/a) ， y为电 路输出信号， x 为电路输入信号， a 为基准参考信号。 信号的输入输出关系呈对数曲 线， 该曲线与传感器信号衰减曲线类似。
在一个可选例子中， 本公开的方案， 将现有的电涡流传感器输出的非线性信号， 通过基于对数运算的电路校正为线性信号； 同时通过软件控制自动调整基准电压使其 匹配不同的线性校正输出要求， 输出信号范围可调。
也就是说， 本公开的方案， 提出一种位移校正装置， 该位移校正装置作为电涡流 传感器的线性校正电路， 将电涡流传感器输出的非线性信号通过基于对数运算的电路 校正为线性信号； 同时通过软件控制自动调整基准电压匹配不同的线性校正输出要求， 输出信号范围可调， 电路可满足不同传感器量程的校正需要， 避免更改硬件电路， 增 加了电路适用性。
可见， 本公开的方案， 利用电涡流位移传感器线性校正电路， 将传感器输出校正 为线性信号， 提高了线性量程， 提高了位置信号检测准确性； 电路可满足不同传感器 量程的校正需要， 避免更改硬件电路。 这样， 增加了磁悬浮轴承系统电涡流传感器的 线性量程， 提高了系统的可靠性， 电路适用性广。 在一个可选具体实施方式中， 可以 参见图 2至图 5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。 在磁 悬浮轴承系统中， 轴的轴向运动如图 2所示， 轴向可移动的距离为 II， 即 n为轴移动 的距离， 因此电涡流传感器所需的最小有效量程为 II。 电涡流传感器的精度较髙， 但 线性量程较小。 针对磁悬浮轴承系统的检测距离 II， 传感器输出信号的变化率随距离 的增加明显减小。 如图 3所示， 虚线 310代表电涡流传感器的输出信号， 即虚线 310 表示校正前的电涡流传感器输出信号，实线 320表示校正后的电涡流传感器输出信号。 在一个可选具体例子中， 本公开的位移校正装置可以如图 4所示。 在图 4中， 该 位移校正装置可以包括： 可调基准电路、 对数运算电路、 MCU采集及控制部分。 电 涡流传感器的非线性信号输入到位移校正装置， 最终输出线性信号 （如图 3所示的实 线） 。
就图 4所示的校正电路而言， 目前没有技术利用对数运算电路对电涡流传感器信 号进行校正。 除了对数电路， 本公开的方案， 增设了可调基准电路， 用来调整参考信 号， 整改电路可自动对参考信号进行调整， 从而适用于不同传感器的校正 （每个传感 器可能存在差异） 。
图 5是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的传感器匹配方法的流 程示意图。 如图 5所示， 该匹配方法可以包括步骤 S502至 S514。
在步骤 S502， 开始匹配。
在步骤 S504, 传感器输出轴向位移信号的最小值。 即使传感器输出的轴向位移信 号 Ui （即非线性位移信号 Sn（mlin） 为最小值。
在步骤 S506， 给定基准信号的初始值。 例如， MCU控制给定基准信号 11^（即 Sref） 的初始值可以为 IV。
在步骤 S508, 控制器经模数转换器采集输出的线性位移信号 Slin。 即 MCU通过 ADC信号采集读取校正电路的输出值 Uo。
在步骤 S510, 确定线性位移信号 Slin是否满足设定阈值。 如果不满足， 则过程进 入步骤 S512; 如果满足， 则过程进入步骤 S514。
在步骤 S512, 控制器控制基准电路调整基准信号。例如， 控制器根据需要的线性 位移信号的输出范围， 控制基准电路调整基准信号， 直到得到期望的线性位移信号。
在步骤 S514， 匹配完成。
在上述实施例中， 上述方法实现了 （例如利用软件） 将位移校正装置自动匹配传 感器的目的。 该方法可以尽量避免更改硬件电路， 并且提高了校正电路的适用性。
以各个信号 Sn（miin、 8^和 Sn；f为电压信号为例， 可以先使传感器信号 Ui（即非线 性位移信号 Sn（mlin） 为最小值， MCU控制给定初始的 Uref值 （即基准信号 Sref， 例如
IV） ， 然后 MCU通过 ADC信号采集读取 Uo （ （即线性位移信号 Slin） ） 的值， 判 断 Uo输出是否满足需要， 若不满足， 则根据需要的 Uo输出范围， 控制可调基准电路 调整 Uref, 直到得到想要的 Uo, 从而实现利用软件进行自动传感器匹配， 避免更改 硬件电路， 提高了校正电路的适用性。 在一个可替代具体例子中， 本公开的方案中， 基准电路优选为可调基准电路， 可以是现有的任何形式的可控输出基准电路， 基准电 路输出可以是电压信号或电流信号。
例如： 本公开的方案中， 是以电阻分压， 运放跟随的电路为例。 其他形式的可控 输出电路如可编程信号输出芯片、 DAC转换器、 可调电阻电压调节电路等。
在一个可替代具体例子中， 本发明的方案中， 线性校正电路的待校正信号不限于 电压信号， 同样适用于电流信号； 电压信号的转换可以是现有的任何形式的电压 -电流 转换电路。
例如： 其他转换方式如专用电压-电流信号转换芯片， 或者搭建的专用功能电路。 由于本实施例的磁悬浮轴承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， 通过利用对数运算电路， 根据采集 到的对数电路输出电压自动调整基准电压， 使校正电路适用不同的传感器输出， 无需 更改硬件电路， 有效增加了电路适用性， 还可以提升磁悬浮的稳定性和可靠性。
根据本公开的实施例， 还提供了一种用于磁悬浮轴承系统的位移校正方法。 图 6 是示出根据本公开一些实施例的用于磁悬浮轴承系统的位移校正方法的流程图。 该用 于磁悬浮轴承系统的位移校正方法可以包括： 步骤 S610和步骤 S620。
在步骤 S610处， 提供基准信号。 例如， 基准电路可以将该基准信号输出至校正 电路的第一输入端。
例如： 如图 4所示， 基准电路可以为可调基准电路， 用来调整基准信号， 该电路 可自动对基准信号进行调整， 从而适用于不同传感器的校正 （每个传感器可能存在差 异） 。
在步骤 S620处， 基于基准信号， 将待校正的非线性位移信号进行对数运算， 得 到校正后的线性位移信号。
例如： 用于电涡流位移传感器的线性校正电路， 可有效地将电涡流传感器输出的 非线性位移信号校正为线性信号。
例如： 可以利用对数运算电路及其特点， 根据采集到的对数电路输出电压自动调 整基准电压， 使校正电路适用不同的传感器输出， 无需更改硬件电路， 有效增加了电 路适用性。
例如： 将现有的电涡流传感器输出的非线性信号， 通过基于对数运算的电路校正 为线性信号。 对数运算电路处理前后的信号关系为对数关系， 即 y=log （x/a） ， y为 电路输出信号， x为电路输入信号， a为基准参考信号。
由此， 通过基准电路提供基准信号， 进而通过校正电路基于该基准信号将待校正 的非线性位移信号进行对数运算后， 得到校正后的线性位移信号， 实现对非线性位移 信号的线性校正。 该电路结构简单， 且校正的精准性好、 可靠性髙。
可选地， 待校正的非线性位移信号可以包括： 由电涡流传感器 （如图 2所示的电 涡流传感器 220） 检测得到的磁悬浮轴承 （如图 2所示的轴 10） 的轴向位移信号。
例如： 利用用于电涡流位移传感器的线性校正电路， 将传感器的输出信号校正为 线性信号， 提高了线性量程， 提髙了位置信号检测准确性。 电路可满足不同传感器量 程的校正需要， 避免更改硬件电路。 如图 4所示， 电涡流传感器的非线性信号输入到 校正电路， 最终输出为线性信号 （如图 3所示的实线 320） 。 这样， 增加了用于磁悬 浮轴承系统的电涡流传感器的线性量程， 提高了系统的可靠性， 电路适用性广。
由此， 通过对电涡流传感器检测到的非线性位移信号进行校正， 可以实现磁悬浮 轴承系统中对轴承位移的精准检测， 进而提升悬浮可靠性和精准性。
在一些实施例中， 在对所述电涡流传感器进行基准信号匹配的情况下： 待校正的 非线性位移信号可以包括： 所述电涡流传感器输出的轴向位移信号的最小值。 基准信 号的初始值可以包括： 设定的最小基准信号。
例如： 可以通过软件控制自动调整基准电压匹配不同的线性校正输出要求， 从而 使得输出信号的范围可调。
由此， 通过基于设定的最小基准信号对电涡流传感器输出的轴向位移的最小值进 行初步校正， 实现对电涡流传感器的基准信号的匹配， 可靠且安全。
在一个可选实施方式中， 上述位移校正方法还可以包括： 匹配基准信号的过程。 例如， 上述位移校正方法还可以包括： 确定线性位移信号是否满足设定阈值， 若该线 性位移信号不满足设定阈值， 则输出调节信号； 以及基于该调节信号对基准信号进行 调节， 以得到调节后的基准信号。
图 7是示出根据本公开一些实施例的用于匹配基准信号的方法的流程图。
下面结合图 7所示本公开的方法中匹配基准信号的一实施例流程示意图， 进一步 说明匹配基准信号的具体过程。 该用于匹配基准信号的方法可以包括： 步骤 S710和 步骤 S720。
步骤 S710, 确定所述线性位移信号是否满足设定阈值。若所述线性位移信号不满 足所述设定阈值， 则输出调节信号至基准电路。 具体使用过程中， 所述控制器， 还可 以用于在确定所述线性位移信号是否满足设定阈值的操作中， 若所述线性位移满足所 述设定阈值， 则完成对待校正的非线性位移信号的测量主体如电涡流传感器的匹配设 置。
步骤 S720, 基于所述调节信号对所述基准信号进行调节， 以得到调节后的基准信 号。 进而， 所述校正电路， 可以用于基于该调节后的基准信号， 再次将待校正的非线 性位移信号进行对数运算， 以得到再次校正后的线性位移信号。
例如： 将电涡流传感器输出的非线性信号通过基于对数运算的电路校正为线性信 号； 同时通过软件控制自动调整基准电压， 使得该基准电压匹配不同的线性校正输出 要求， 使得输出信号范围可调。 这样， 电路可满足不同传感器量程的校正需要， 避免 更改硬件电路， 增加了电路适用性。
由此， 通过在确定校正电路输出的线性位移信号不满足设定阈值的情况下， 控制 基准电路调节基准信号， 进而基于调节后的基准信号对待校正的非线性位移信号进行 再次校正， 从而实现对电涡流传感器的基准信号的匹配， 有利于提升匹配的精准性和 可靠性。
在一些实施例中， 在确定线性位移信号是否满足设定阈值之前， 所述位移校正方 法还可以包括：对线性位移信号进行模数转换以得到线性位移信号的数字信号。例如， 将线性位移信号进行模数转换后， 得到线性位移信号的数字信号， 再将该线性位移信 号的数字信号输出至控制器， 以便所述控制器确定经模数转换后的线性位移信号是否 满足设定阈值。
例如： 如图 4所示， ADC为模数转换器， 采集最终的输出信号。
由此， 通过对校正后的线性位移信号进行模数转换后再确定经模数转换后的线性 位移信号是否满足设定阈值， 可以提升判断的精准性和便捷性。
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图 2至图 5所示的磁悬 浮轴承系统的实施例、 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， 通过将现有的电涡流传感器输出 的非线性信号， 通过基于对数运算的电路校正为线性信号； 同时通过软件控制自动调 整基准电压， 使得该基准电压匹配不同的线性校正输出要求， 输出信号范围可调， 适 用范围广， 且可靠性髙。 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己， 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

权 利 要 求
1. 一种位移校正装置， 包括：
基准电路， 用于提供基准信号； 以及
校正电路， 用于基于所述基准信号， 将待校正的非线性位移信号进行对数运算， 得到校正后的线性位移信号。
2. 根据权利要求 1所述的位移校正装置， 还包括：
控制器， 用于确定所述线性位移信号是否满足设定阈值， 若所述线性位移信号不 满足所述设定阈值， 则输出调节信号至所述基准电路；
其中， 所述基准电路用于基于所述调节信号对所述基准信号进行调节， 以得到调 节后的基准信号。
3. 根据权利要求 2所述的位移校正装置， 还包括：
模数转换器， 用于将所述线性位移信号进行模数转换以得到所述线性位移信号的 数字信号， 并将所述线性位移信号的数字信号输出至所述控制器。
4. 根据权利要求 1至 3任意一项所述的位移校正装置， 其中， 所述基准电路包 括： 调节电阻、 第一限流电阻和比较器； 其中，
所述调节电阻的调节端作为调节信号的输入端， 且所述调节电阻连接至所述比较 器的同相输入端；
所述第一限流电阻也连接至所述比较器的同相输入端， 所述比较器的反相输入端 连接至所述比较器的输出端， 且所述比较器的输出端连接至所述校正电路的基准信号 输入端。
5. 根据权利要求 4所述的位移校正装置， 其中，
所述调节电阻的调节端被配置为接收所述调节信号， 所述调节电阻的第一连接端 电连接至接地端， 所述调节电阻的第二连接端电连接至所述比较器的同相输入端； 所述第一限流电阻的第一连接端电连接至所述比较器的同相输入端， 所述第一限 流电阻的第二连接端被配置为接收电路供电电压； 所述比较器的输出端作为所述基准电路的基准信号输出端。
6. 根据权利要求 1至 4任意一项所述的位移校正装置， 其中， 所述校正电路包 括： 第二限流电阻、 第三限流电阻和对数运算电路； 其中，
所述第二限流电阻， 连接在所述基准电路的基准信号输出端与所述对数运算电路 的基准信号输入端之间；
所述第三限流电阻， 连接在待校正的非线性位移信号输出端与所述对数运算电路 的待校正信号输入端之间。
7. 根据权利要求 6所述的位移校正装置， 其中，
所述第二限流电阻的第一连接端电连接至所述基准电路的基准信号输出端， 所述 第二限流电阻的第二连接端电连接至所述对数运算电路的基准信号输入端；
所述第三限流电阻的第一连接端被配置为接收所述待校正的非线性位移信号， 所 述第三限流电阻的第二连接端电连接至所述对数运算电路的待校正信号输入端。
8. 根据权利要求 6所述的位移校正装置， 其中，
所述对数运算电路包括： 运算放大器和三极管； 其中， 所述运算放大器和所述三 极管搭建形成所述对数运算电路；
或者，
所述对数运算电路为对数运算芯片。
9. 根据权利要求 1至 8任意一项所述的位移校正装置， 其中， 所述待校正的非 线性位移信号包括： 由电涡流传感器检测得到的磁悬浮轴承的轴向位移信号。
10. 根据权利要求 9所述的位移校正装置， 其中，
在对所述电涡流传感器进行基准信号匹配的情况下：
所述待校正的非线性位移信号包括： 所述电涡流传感器输出的所述轴向位移信号 的最小值；
所述基准信号的初始值包括： 设定的最小基准信号。
11. 一种磁悬浮轴承系统， 包括： 如权利要求 1至 10任意一项所述的位移校正 装置。
12. 一种用于磁悬浮轴承系统的位移校正方法， 包括：
提供基准信号； 以及
基于所述基准信号， 将待校正的非线性位移信号进行对数运算， 得到校正后的线 性位移信号。
13. 根据权利要求 12所述的位移校正方法， 还包括：
确定所述线性位移信号是否满足设定阈值， 若所述线性位移信号不满足所述设定 阈值， 则输出调节信号； 以及
基于所述调节信号对所述基准信号进行调节， 以得到调节后的基准信号。
14. 根据权利要求 13 所述的位移校正方法， 其中， 在确定所述线性位移信号是 否满足设定阈值之前， 所述位移校正方法还包括：
对所述线性位移信号进行模数转换以得到所述线性位移信号的数字信号。
15. 根据权利要求 12至 14任意一项所述的位移校正方法， 其中，
所述待校正的非线性位移信号包括： 由电涡流传感器检测得到的磁悬浮轴承的轴 向位移信号。
16. 根据权利要求 15所述的位移校正方法， 其中，
在对所述电涡流传感器进行基准信号匹配的情况下：
所述待校正的非线性位移信号包括： 所述电涡流传感器输出的所述轴向位移信号 的最小值；
所述基准信号的初始值包括： 设定的最小基准信号。
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