簡(jiǎn) 介： 摘要 本文研究了空心正交電感線(xiàn)圈互感對(duì)磁場(chǎng)方向測(cè)量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，手工繞制的空心電感由于工藝問(wèn)題導(dǎo)致兩組線(xiàn)圈存在較大互感，使測(cè)量信號(hào)幅度極值點(diǎn)不共線(xiàn)，在0點(diǎn)形成明顯死區(qū)。相比之下，經(jīng)手工矯正的工字型電感互感基本為零，測(cè)量結(jié)果良好。通過(guò)調(diào)整工字型電感相對(duì)位置改變互感量，證實(shí)互感極性影響極值點(diǎn)偏移方向。最終通過(guò)精確正交校準(zhǔn)使互感降為零，成功消除了角度測(cè)量死區(qū)。研究證明正交線(xiàn)圈間的互感是造成磁場(chǎng)方向測(cè)量誤差的關(guān)鍵因素。
關(guān)鍵詞：互感，正交線(xiàn)圈

• 空心正交電感兩路線(xiàn)圈信號(hào)極值偏移方向^[1]

01互感惹的禍

一、前言

??對(duì)于這些手工繞制的空心正交電感昨天測(cè)試了它們的交變磁場(chǎng)方向特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，利用它們兩組線(xiàn)圈測(cè)量的磁場(chǎng)信號(hào)幅度隨著角度的不同出現(xiàn)了問(wèn)題。主要表現(xiàn)在兩路線(xiàn)圈測(cè)量的信號(hào)幅度極值點(diǎn)并不“共線(xiàn)”。由此計(jì)算出來(lái)的磁場(chǎng)角度就會(huì)在 0 點(diǎn)出現(xiàn)比較大的死區(qū)。

??使用手工矯正之后的工字型電感，它們之間的互感基本上為 0。測(cè)量所得到的兩路信號(hào)的極值點(diǎn)就共線(xiàn)，所得到的磁場(chǎng)角度沒(méi)有出現(xiàn) 0 點(diǎn)死區(qū)。

??使用 ADALM2000 測(cè)量正交線(xiàn)圈之間的頻率特性。上面這條曲線(xiàn)是空心線(xiàn)圈的頻率特性。下面兩個(gè)是工字型電感頻率特性。在150kHz 的頻率點(diǎn)，兩種線(xiàn)圈之間的耦合幅度相差了 12dB，這說(shuō)明上面空心電感兩個(gè)線(xiàn)圈之間的互感系數(shù)比起下面的工字型電感之間的互感系數(shù)大了 4倍。下面通過(guò)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，正是正交線(xiàn)圈之間存在的互感，造成了信號(hào)測(cè)量出現(xiàn)的問(wèn)題。

二、測(cè)量結(jié)果

??制作有工字型電感組成的正交線(xiàn)圈。現(xiàn)在它們之間沒(méi)有固定，相對(duì)的位置和方向可以改變，進(jìn)而可以調(diào)整兩個(gè)電感之間的互感量。使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口舵機(jī)驅(qū)動(dòng)板驅(qū)動(dòng)舵機(jī)帶動(dòng)正交電感轉(zhuǎn)動(dòng)。利用雙通道實(shí)驗(yàn)板采集兩個(gè)電感線(xiàn)圈輸出的諧振信號(hào)。下面來(lái)看一下具體的測(cè)量結(jié)果。

??首先，在沒(méi)有對(duì)兩個(gè)電感進(jìn)行精密校準(zhǔn)正交的情況下，測(cè)量?jī)蓚€(gè)傳感器的信號(hào)。結(jié)果顯示，兩路傳感器信號(hào)幅度有差異，更重要的是，兩路線(xiàn)圈信號(hào)幅度的極值點(diǎn)并不在相同的角度。所以計(jì)算出來(lái)的實(shí)際角度在零點(diǎn)出現(xiàn)了比較大的死區(qū)。

??使用手故意將兩個(gè)線(xiàn)圈之間的夾角增大，也就是增加兩個(gè)線(xiàn)圈之間的互感。這一次可以看到，兩個(gè)線(xiàn)圈之間的極值點(diǎn)的平移出現(xiàn)了反方向。說(shuō)明互感的極性影響了極值點(diǎn)偏移的方向。由于互感量太大，所以計(jì)算出來(lái)的角度出現(xiàn)了很大的失真。再次扭動(dòng)兩個(gè)電感，這一次兩者之間的互感有了變化，測(cè)出來(lái)的兩個(gè)信號(hào)極值點(diǎn)又產(chǎn)生了變化。

??下面，使用DG1062信號(hào)源給其中一個(gè)線(xiàn)圈施加 150kHz 的正弦波，使用示波器觀察另外一個(gè)線(xiàn)圈的感應(yīng)信號(hào)。手工調(diào)整兩者之間的夾角，可以看到存在一個(gè)角度，使得另外一個(gè)線(xiàn)圈輸出諧振信號(hào)為 0。這個(gè)位置是兩個(gè)線(xiàn)圈磁路上完全正交。使用紫外光固化膠水將現(xiàn)在兩個(gè)電感之間的相對(duì)位置進(jìn)行固定。再利用這個(gè)正交線(xiàn)圈重新測(cè)量一次，可以看到此時(shí)兩個(gè)線(xiàn)圈幅度極值重合了，計(jì)算出的角度在 0 點(diǎn)沒(méi)有了死區(qū)了。

※ 總??結(jié) ※

本文驗(yàn)證了正交線(xiàn)圈之間的互感對(duì)于測(cè)量磁場(chǎng)方向的影響。經(jīng)過(guò)手工調(diào)整，使得兩個(gè)工字型線(xiàn)圈之間的互感為 0，測(cè)量磁場(chǎng)方向非常完美。對(duì)于這些空心電感，由于繞制的工藝問(wèn)題，使得兩個(gè)線(xiàn)圈之間存在著比較大的互感。由此也使得它們測(cè)量出來(lái)的磁場(chǎng)角度出現(xiàn)了比較大的死區(qū)。