設(shè)計背景

1.1冗余設(shè)計的必要性與高可靠冗余架構(gòu)

在國計民生相關(guān)的戰(zhàn)略領(lǐng)域中，設(shè)備穩(wěn)定運行不僅是核心技術(shù)指標(biāo)，更是筑牢安全防線的關(guān)鍵。無論是國家關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，還是極端環(huán)境下的任務(wù)系統(tǒng)，高可靠性都是核心訴求，是保障任務(wù)成功、守護安全底線、實現(xiàn)全生命周期經(jīng)濟性的核心基礎(chǔ)。

可靠性，是指產(chǎn)品在規(guī)定條件、規(guī)定時間內(nèi)，完成既定功能的能力。常規(guī)設(shè)計中，可通過優(yōu)選優(yōu)質(zhì)元器件、簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計、強化測試驗證等方式提升系統(tǒng)可靠性，但面對超高任務(wù)要求與極端復(fù)雜環(huán)境時，冗余設(shè)計是更高效、更直接的解決方案。

冗余設(shè)計的核心是為系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)配置備份單元，當(dāng)主通道或部件發(fā)生故障時，備用單元可自動、瞬時接管工作，確保系統(tǒng)不間斷運行、性能無衰減，具備高容錯性、高成功率、長工作壽命、低運行風(fēng)險等多重優(yōu)勢。

兩冗余架構(gòu)采用雙通道并行工作模式，單路故障時，另一正常通道可維持系統(tǒng)正常運行；三冗余架構(gòu)具備更優(yōu)的可靠性，單路故障時，處理器可通過 “少數(shù)服從多數(shù)” 邏輯保障系統(tǒng)穩(wěn)定工作，因此在高安全、高可靠要求的系統(tǒng)中，三冗余設(shè)計是更高效可靠的技術(shù)選擇。

1.2 高可靠性RVDT傳感器

傳感器是現(xiàn)代科技體系的 “感官神經(jīng)”，是連接物理世界與數(shù)字系統(tǒng)的核心橋梁，承擔(dān)著信息感知與采集的關(guān)鍵職能，是自動化、智能化技術(shù)落地的核心基石。從智能手機屏幕自動旋轉(zhuǎn)、工業(yè)機器人精準(zhǔn)作業(yè)，到智能家居智能調(diào)控、智慧城市科學(xué)管理，再到醫(yī)療器械精密診斷、新能源汽車全域控制，均依賴傳感器提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

按照測量原理劃分，傳感器可分為光電式、電容式、壓電式、電感式、霍爾式等多種類型。

RVDT是一種旋轉(zhuǎn)可變差動電感式傳感器，即機電式傳感器，屬于基于電磁感應(yīng)原理的無接觸式電感傳感器，用于角度變化量測量，具備高精度、高可靠性、長壽命、高分辨率等特性，在工業(yè)自動化、航空航天、汽車工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

電感式傳感器依托線圈間電磁耦合效應(yīng)工作，鐵芯移動會改變線圈耦合強度，進而引發(fā)輸出信號變化，且輸出信號幅度大小與鐵芯位移量呈線性相關(guān)。電感式角/線位移傳感器可實現(xiàn)非接觸式物理信號向電信號的轉(zhuǎn)換，兼具長壽命、高精度的優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣闊。

但該類傳感器需配套外部激勵單元與解調(diào)單元，存在外圍元件繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，用于冗余設(shè)計時，不僅占用空間大、設(shè)計難度高，還難以控制經(jīng)濟成本。同時，機電式結(jié)構(gòu)與磁互感耦合原理，使其易受外界強電磁環(huán)境干擾，導(dǎo)致解算結(jié)果出現(xiàn)誤差。

1.3 航晶技術(shù)領(lǐng)域布局

基于上述應(yīng)用痛點，航晶公司持續(xù)深耕傳感與信號調(diào)理領(lǐng)域，形成完整技術(shù)與產(chǎn)品布局：從耐高溫磁通門測量HJ11867起步，成功實現(xiàn)AD598/AD698進口器件完全國產(chǎn)化替代，推出HJG598、HJG698 LVDT/RVDT激勵解調(diào)器并批量交付；延伸覆蓋微弱磁信號測量HJMAG803~HJMAG805系列 ，及高性能霍爾式磁敏傳感器產(chǎn)品線，構(gòu)建起覆蓋磁通門、激勵解調(diào)、弱磁檢測、霍爾傳感的全鏈條高可靠傳感器解決方案。

HJR402 傳感器介紹

2.1傳感器物理結(jié)構(gòu)

HJR402三冗余霍爾式傳感器電氣原理結(jié)構(gòu)圖如下：

HJR402傳感器電氣結(jié)構(gòu)由1個永磁鐵與三路霍爾元件處理器組成。電路內(nèi)部物理元件均選用無磁特性材料，可有效提升測量精度；外殼采用鋁合金材質(zhì)并進行密封安裝。實物圖如下：

鋁合金外殼組件包含轉(zhuǎn)軸軸承、刻度盤、安裝固定孔及引出線。器件安裝便捷、使用簡單，無需外接任何外部元件。外殼封裝尺寸圖如下：

引出線采用航空軟線ARF-250-1/1×0.2mm2 標(biāo)準(zhǔn)，引線長度450±20mm（支持定制），具體引出端功能如下表：

2.2 傳感器電氣參數(shù)

2.3 典型特性說明

1.本傳感器器件采用三冗余設(shè)計，三路傳感器工作及輸出狀態(tài)相互獨立、互不干擾。任意一路發(fā)生工作失效，均不會影響其余兩路的正常輸出，屬于真冗余結(jié)構(gòu)傳感器。

2.本傳感器可根據(jù)用戶實際需求，靈活設(shè)置輸出電壓范圍與角度測量量程。在低線性誤差±1%的工作模式下，最大角度量程可設(shè)置為90°；在60°測量角度量程內(nèi)，器件輸出曲線線性度更優(yōu)，誤差可控制在0.5%以內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度超出標(biāo)定范圍后，器件輸出將保持穩(wěn)定的高電平或低電平狀態(tài)。

3.本產(chǎn)品配套永磁體磁場強度不低于3000Gs，自身工作磁場強度高，抗外界電磁干擾能力強。經(jīng)試驗驗證，在復(fù)雜強電磁環(huán)境下，其輸出電壓最大偏差可控制在1.5%以內(nèi)，抗干擾能力較傳統(tǒng)機電式RVDT傳感器提升約3倍。

4.本產(chǎn)品使用簡便，無需外接任何輔助元件，具備輸出精度高、可靠性強、多路輸出一致性好、抗電磁干擾與噪聲能力優(yōu)異等特點，可實現(xiàn)角度位移量到對應(yīng)電信號的精確轉(zhuǎn)換。

5.由于VO1、VO2、VO3輸出信號與供電電壓VCC成比例關(guān)系，建議使用基準(zhǔn)電源分別為VCC1、VCC2、VCC3供電，嚴(yán)禁使用數(shù)字5V直接供電。

總 結(jié)

通過對HJR402傳感器工作原理的分析，并與傳統(tǒng)機電式傳感器的結(jié)構(gòu)及原理進行對比，形成如下對比表。

由上表可見，HJR402三冗余傳感器在綜合性能上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)機電式傳感器，可在高精度、高可靠性及復(fù)雜電磁環(huán)境等高端應(yīng)用場景中，完全替代傳統(tǒng)機電式RVDT傳感器。