[发明专利]一种基于光纤光栅的转子位置检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及转子位置测量领域，具体涉及一种基于光纤光栅的转子位置检测装置。

背景技术

包括定子和转子的三相电机是常用的电气设备动力源。转子的旋转是通过对定子线圈供电产生的磁通与永磁体的磁通之间的吸引和排斥作用来控制的。为了控制转子的旋转，有必要指定转子的准确位置并依据转子的位置将电力供应到适当的定子线圈。

最常见的检测转子磁极位置的方法是将霍尔元件安装在定子铁芯的齿或槽内，直接感知转子磁极磁场的变化，转变成电信号送入电机控制装置。但是该方法采用的霍尔传感器易受到环境腐蚀且不便于更换(霍尔元件不能完全密封，在潮湿的环境下元件管脚容易锈蚀)，并且位置信号是电信号容易受到磁场干扰，会产生检测误差。传统电类位置检测传感器存在着不能绝缘、频率响应窄等缺点。

随着光纤传感技术的发展，越来越多的领域引入了光纤信号检测。光纤磁场传感器具有电磁绝缘、全光通信、抗腐蚀、尺寸小、柔软灵巧等优势，能够在恶劣的环境中稳定工作、光纤布拉格光栅是一种非常有实用价值的光学传感器，具有体积小、抗电磁干扰等优点。磁致伸缩材料在外加磁场作用下，在其磁化方向发生伸长或缩短，磁致伸缩系数可达1500～2000ppm，且具有响应频带宽、响应时间短、可靠性高的优点。将光纤光纤光栅与超磁致伸缩材料结合可以将超磁致伸缩材料的应变转换为光纤光栅的中心反射波长的漂移，通过测量光纤光栅中心反射波长的漂移即可测量磁场的大小。这种磁场传感器具有抗干扰能力强、无源性、便于构成传感网络等独特优势。

发明内容

本发明提供一种基于光纤光栅的转子位置检测装置通过分析光纤光栅的波长变化确定转子的旋转方向和位置。

本发明的技术方案是：一种基于光纤光栅的转子位置检测装置包括宽谱光源、三端口环形器、信号解调仪和固定设置于转子转轴上的位置传感器转子，所述位置传感器转子包括能够产生正弦空间磁场的永磁体，其特征在于，所述检测装置还包括设置于定子上的用于检测所述正弦空间磁场的3个光纤光栅位置检测探头；

所述的光纤光栅位置检测探头包括磁致伸缩材料外壳和光纤光栅；所述3个光纤光栅位置检测探头以互差120°电角度方式分布在所述转轴垂直的平面上的以所述转轴为圆心的圆周上；

所述的宽谱光源和信号解调仪分别与三端口环形器通过光纤连接，3个光纤光栅位置检测探头通过光纤串联，第一个光纤光栅位置检测探头与三端口环形器通过光纤连接。

优选的，所述磁致伸缩材料外壳与光纤光栅采用表面贴附的耦合方式或磁致伸缩材料涂抹在光纤光栅表面。

所述磁致伸缩材料是Ni-Zn-Co铁氧体、铽铁Fe2Tb金属间化合物或镝铽铁材料Tb0.27Dy0.73Fe1.95。

优选的，所述的永磁体具有1个对级，所述的永磁体由磁极交替分布的两片瓦片式钕铁硼磁钢组成或所述永磁铁具有2个对级，所述永磁体由磁极交替分布的四片瓦片式钕铁硼磁钢组成。

一种利用本发明基于光纤光栅的转子位置检测装置的检测方法，其特征在于，根据封装于磁致伸缩材料的光纤光栅波长漂移量确定转子的旋转方向和位置，所述波长漂移量用式(1)表示：

其中，λ₀为光纤光栅原始波长；p_e为光纤光栅有效弹光系数；Δl为磁致伸缩材料横向长度变化量；L为磁致伸缩材料基底原始长度。

本发明的有益效果是：本发明在光纤光栅表面涂抹上磁致伸缩材料或将光纤光栅嵌入磁致伸缩材料外壳中形成探测器，由于磁力效应，对光纤光栅形成外应力，基于光纤光栅对外应力的敏感性，光纤光栅波长发生变化，根据波长的相应变化和磁场变化判断转子的旋转方向和准确位置。与现有技术中用霍尔元件确定转子位置比较，光纤光栅具有体积小、抗电磁干扰特点，磁致伸缩材料在外加磁场作用下，在其磁化方向发生伸长或缩短，磁致伸缩系数可达1500～2000ppm，且具有响应频带宽、响应时间短、可靠性高的特点。

且具有响应频带宽、响应时间短、可靠性高的特点。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出本发明一种基于光纤光栅的转子位置检测装置原理结构框图；

图2a示出本发明实施例1基于光纤光栅的转子位置检测装置结构示意图；

图2b示出本发明实施例2基于光纤光栅的转子位置检测装置结构示意图；

图3示出了本发明光纤光栅位置检测探头封装示意图；