简 介：本文通过LTspice仿真研究了正交电感线圈的互感特性及其对角度测量的影响。仿真结果表明：1）当两线圈存在互感时，其信号幅度会随磁场角度变化产生关联；2）谐振电容取值差异会导致两路信号输出幅度不同；3）互感系数的极性会影响信号极值点的偏移方向；4）当消除互感后，两路信号呈现理想的余弦变化特性。研究揭示了实际测量中信号幅度差异和极值偏移的根源，为优化正交电感设计提供了理论依据。相关分析可参考作者CSDN博客中的详细讨论。

关键词：正交线圈的互感仿真研究

• 正交线圈互感对角度测量理论分析
• 都是互感惹的祸
• 空心正交电感两路线圈信号极值偏移方向

01LTspice仿真正交线圈

一、问题

这两天对于空心正交电感测量交变磁场方向问题进行了讨论。 如果两个线圈之间存在着互感， 则就会造成两个线圈测量信号之间产生关联， 进而影响实际磁场角度的计算。 如果通过手工调整，使得两个线圈之间的互感为0， 那么实际测量角度就会非常完美。 今天上午对于电路线圈互感作用进行了理论分析。 下面在 LTspice 中建立仿真电路， 对于正交电感所得到信号的幅度变化进行仿真。

二、仿真结果

在 LTspice 中建立仿真电路。 两个电感分别是正交电感的两个线圈，电感取 1mH。 使用 K 命令声明两个线圈之间的互感系数。 其中 互感系数为 -0.03， 这个互感系数的极性反映了两个线圈之间同铭端的位置。 线圈的等效串联电阻为 100欧姆， 配1nF的谐振电容。 外部交变磁场在两个线圈内部产生感应电动势。 幅度设置为参数A和B。 两者是随着磁场空间角度C分别呈现cosine和sine 变化。 另外， 对于一个线圈中的感应电动势幅度乘以 1.2， 表示这个 LC 回路的增益比起另外一个大了一些。 这在实际线圈中是存在的。 下面仿真C1和C2两个电容上的信号。 角度的变化，从0 变化的 2 pi。 总共仿真 120个数据。

将LTspice的仿真数据导出， 利用 Python编程，统计不同角度下两个谐振电容 上的信号幅值。 可以看到， 两个线圈的极值角度并不重合。 这与实际观察到的现象是符合的。 另外， 每个通道信号幅度不会降低到 0。 在底部呈现光滑过度。

下面，修改电路中的参数。 两路LC回路中的感应电动势的幅度设置为相同。 不再给原来的 A 单独乘以 1.2了。 只是将 A 路中的电容从原来的 1nF， 修改为 1.05nF。 这个数值实际上更加靠近 LC 谐振于 150kHz的电容值。 真正谐振的频率对应的电容应该是 1.113nF左右。 通过仿真结果来看， 正是电容的不同， 使得A路的信号幅值比起 B回路要高。 由此也说明了为何实际测量过程中， 正交电感所获得的两路信号总是存在着幅度不同的问题。 实际原因是来自于 两路对应的电容误差影响谐振回路的增益。

下面，改变两个线圈的互感系数。 由原来的 -0.03， 现在变为正的 0.03。 仿真结果显示， 两路的信号幅度基本上保持一致。 只是通道一的幅值极小值现在位于通道二幅值极大值的右边了。 与刚才对应的位置关于通道二极值对称。

最后，看一下，如果两个线圈之间没有互感。 此时两个通道信号的变化应该是各自独立变化， 并且斗鱼磁场角度呈现余弦变化的规律。 而且在磁场与线圈角度为 90°的情况下， 幅度会降低到 0。

※总结 ※

本文通过 LTspice对于正交电感线圈之间互感特性进行了仿真研究。 如果两个线圈之间存在着互感， 那么，在外部磁场激励下， 两个线圈的幅度随着角度变化会产生关联。 谐振电容的取值会影响到两路实际信号的输出大小。

fromheadmimport*length,data,data1,time=tspload('bb2','length','data','data1','time')a1dim=[]a2dim=[]forninrange(len(length)):startid=sum(length[:n])endid=sum(length[:n+1])d1=data[startid:endid]d2=data1[startid:endid]d1n=len(d1)d2n=len(d2)a1dim.append(max(d1[d1n//2:d1n]))a2dim.append(max(d2[d2n//2:d2n]))plt.plot(a1dim,lw=3,label="CH1")plt.plot(a2dim,lw=3,label="CH2")plt.xlabel("N",color="steelblue",fontsize=24)plt.ylabel("Data",color="steelblue",fontsize=24)plt.grid(True,which='both',linestyle='--',alpha=0.7)plt.axis([0,len(a1dim),0,10])plt.legend(loc="upper right",fontsize=24)plt.tight_layout()plt.show()

■ 相关文献链接:

• 正交线圈互感对角度测量理论分析-CSDN博客
• 都是互感惹的祸-CSDN博客
• 空心正交电感两路线圈信号极值偏移方向-CSDN博客