磁懸浮軸承是利用磁場(chǎng)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(diǎn)，在航空航天等多個(gè)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(cè)部分，是磁懸浮軸承系統(tǒng)的重要組成部分之一，其性能對(duì)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(diǎn)

磁懸浮軸承系統(tǒng)是依靠電磁力對(duì)轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)非接觸支承的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承相比，磁懸浮軸承明顯的特點(diǎn)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(dòng)力損失小，便于應(yīng)用在高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)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(dòng)磁懸浮軸承；另一種是被動(dòng)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(dòng)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(dòng)式磁懸浮軸承工作原理 

圖3是一個(gè)簡單的主動(dòng)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(duì)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(gè)位置稱為參考位置。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的干擾，轉(zhuǎn)子就會(huì)偏離其參考位置向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離其參考位置的位移，控制器將這一位移信號(hào)變換成控制信號(hào)，功率放大器又將該控制信號(hào)變換成控制電流I＋i，從而改變電磁鐵的吸力，驅(qū)動(dòng)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(dòng)，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(duì)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(gè)系統(tǒng)的性能。磁懸浮軸承對(duì)傳感器的要求有：（一）、能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；（二）、能真實(shí)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(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的性能：

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

（2）靈敏度。單位位移時(shí)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(cè)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(duì)應(yīng)的測(cè)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(shí)的頻率通常稱為“截止”頻率。傳感器的頻帶寬度越寬，其動(dòng)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(shí)漂要小，能夠在較寬的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。