李 锋,张昆峰

(中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471009)

角度传感器是空空导弹舵机系统的重要位置反馈元器件[1],安装在传动机构上[2],对响应速度、精度、可靠性、小体积、长寿命、抗干扰能力有较高的要求[3]。

电位器为接触式传感器[4],存在机械磨损及密封、寿命、可靠性不足等问题,旋转变压器[5]和光电编码器[6]体积较大和其他缺点,难以满足未来空空导弹舵机越来越严酷的使用环境需求。磁电编码器采用磁性元件,基于霍尔效应[7],构成部件少,结构紧凑,易于实现小型化、高精度、高分辨率,具有抗振动、抗冲击特性,以其突出优点在各种传感器中具有明显优势[8]。

磁电编码器的磁场设计决定了其输出精度和性能,进行编码器的磁场设计,确保满足技术要求,并进行装配误差仿真分析,对进一步提高编码器精度具有十分重要的意义。磁电编码器技术要求如下:单磁极,本体直径不大于15 mm,线性度0.3%,数字式分辨率12 bit,重复测量误差≤2 LSB。

1 磁电编码器原理与算法

1.1 磁电编码器原理

磁电编码器通过霍尔阵列检测出旋转磁铁的磁场强度分布,并从磁场变化解析出角位移信息[9],如图1所示。

图1 磁电编码器工作原理框图

磁电编码器磁敏器件布置示意图如图2所示。霍尔器件只对垂直磁场Z敏感,对X、Y磁场均不敏感。当永磁体的转角固定时,四个霍尔器件感应到的电压也为固定值,根据电压的大小计算出永磁体的转角[10]。

图2 磁电编码器磁敏器件布置示意图

1.2 采集算法

永磁体匀速旋转一周四个霍尔器件感应出的正弦波形的电压,相位相差90°[11],如图3所示,将两组对角的电压分别定义为sin_P、sin_N,cos_P、cos_N。……