磁懸浮軸承是利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，使轉(zhuǎn)子和定子之間沒有任何機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承，由于它具有無機(jī)械摩擦、能耗低、噪聲小、壽命長及無污染等優(yōu)點，在航空航天等多個工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

隨著磁懸浮軸承的發(fā)展，位移傳感器作為磁懸浮軸承系統(tǒng)的檢測部分，是磁懸浮軸承系統(tǒng)的重要組成部分之一，其性能對轉(zhuǎn)子工作位置的控制精度有很大的影響。目前磁懸浮軸承系統(tǒng)多采用位移傳感器，有電渦流傳感器、電感式傳感器、電容傳感器、光電傳感器和激光傳感器，但主要還是電渦流位移傳感器。

圖1 “航空天瑞”TR系列磁懸浮軸承間隙傳感器1

圖2 “航空天瑞”TR系列磁懸浮軸承間隙傳感器2

一、磁懸浮軸承的原理及特點

磁懸浮軸承系統(tǒng)是依靠電磁力對轉(zhuǎn)子實現(xiàn)非接觸支承的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的滾動軸承和滑動軸承相比，磁懸浮軸承明顯的特點在于沒有機(jī)械接觸，且其支承力可控。此外，磁懸浮軸承還具有以下優(yōu)越性能：（一）、沒有機(jī)械摩擦和磨損，因而降低了工作能耗和噪聲，延長了使用壽命；（二）、動力損失小，便于應(yīng)用在高速運轉(zhuǎn)場合；（三）、由于省去了潤滑和密封系統(tǒng)，無污染，可應(yīng)用于真空超凈及極端溫度和壓力等特殊工作環(huán)境。

磁懸浮軸承從原理上可分為兩種，一種是主動磁懸浮軸承；另一種是被動磁懸浮軸承。由于前者具有較好的性能，它在工業(yè)上得到越來越廣泛的應(yīng)用。主動式磁懸浮軸承系統(tǒng)主要由被懸浮物體（以下稱為轉(zhuǎn)子）、傳感器、控制器和執(zhí)行器四大部分組成。其中執(zhí)行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。

圖3 主動式磁懸浮軸承工作原理 

圖3是一個簡單的主動式磁懸浮軸承系統(tǒng)，設(shè)電磁鐵繞組上通有電流為I，它對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的吸力F和轉(zhuǎn)子的重力mg相平衡，轉(zhuǎn)子處于懸浮的平衡位置，這個位置稱為參考位置。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個向下的干擾，轉(zhuǎn)子就會偏離其參考位置向下運動，此時傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移，控制器將這一位移信號變換成控制信號，功率放大器又將該控制信號變換成控制電流I＋i，從而改變電磁鐵的吸力，驅(qū)動轉(zhuǎn)子返回到原來的平衡位置。 同理可得，不論轉(zhuǎn)子受到向上或向下的擾動，圖3中的轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。

二、磁懸浮軸承對傳感器的要求

傳感器是磁懸浮軸承系統(tǒng)的重要組成部分，傳感器性能的優(yōu)劣在很大程度上影響了整個系統(tǒng)的性能。磁懸浮軸承對傳感器的要求有：（一）、能實現(xiàn)非接觸測量；（二）、能真實反映出轉(zhuǎn)子中心的位移變化；（三）、具有很高的靈敏度、信噪比、線性度、溫度穩(wěn)定性、抗干擾能力及精確的重復(fù)性；（四）、還要求有一定的頻率響應(yīng)范圍。

選用傳感器時應(yīng)考慮以下幾個方面的性能：

（1）測量范圍。傳感器的輸出電壓信號是位移信號的函數(shù)，所謂傳感器的測量范圍指的是傳感器能夠線性地跟隨位移變化的范圍，對磁懸浮軸承用的傳感器來說，測量范圍為0.5～1.0mm。

（2）靈敏度。單位位移時傳感器的輸出稱為靈敏度，常用 mV/μm表示。但是，靈敏度太大，則測量范圍小。根據(jù)現(xiàn)有渦流傳感器的參數(shù)，選用靈敏度為 20 mV/μm 比較合適，對應(yīng)的測量范圍為 0.5～1.0mm。

（3）分辨率。傳感器能夠分辨出的最小位移稱為分辨率，傳感器的分辨率為 0.1μm，甚至更小。

（4）頻率范圍。線性頻率響應(yīng)，亦即靈敏度不受頻率的影響，這在磁懸浮軸承應(yīng)用中是必要的。靈敏度下降 3dB 時的頻率通常稱為“截止”頻率。傳感器的頻帶寬度越寬，其動態(tài)性能越好。

（5）其它方面的性能。如穩(wěn)定性要好，溫漂、零漂和時漂要小，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。