螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì)

螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì),螺旋式滾筒硬幣分離計(jì)數(shù)包裝機(jī)設(shè)計(jì),螺旋式,滾筒,硬幣,分離,計(jì)數(shù),裝機(jī),設(shè)計(jì) 附錄1：外文翻譯平面磁電阻與磁選礦廠有寬帶電力電子應(yīng)用非接觸式電流傳感器摘要高頻電力電子變換器需要無損、準(zhǔn)確和隔離的電流測(cè)量。通過印刷電路（PCB）軌跡的高頻電流在跡線周圍產(chǎn)生不均勻的磁場。而且非均勻的磁場可以通過磁場集中器（MCONs）使用導(dǎo)電材料進(jìn)行歸一化。在這項(xiàng)研究中，已經(jīng)提出了一種新的技術(shù)，使用磁電阻（MR）傳感器與平面磁集中器（MCON）利用導(dǎo)電材料的高頻無接觸電流檢測(cè)。研究了不同的MCONs對(duì)各向異性磁共振（AMR）傳感器高頻無接觸電流檢測(cè)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明，配備了不同的MCONs的AMR傳感器相對(duì)于快速上升階躍電流的性能。利用不同的MCONs對(duì)傳感器響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的頻率分析，以確定對(duì)電流傳感器的檢測(cè)帶寬的影響。1 介紹高頻變換器中電流信息的提取是當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)之一。高頻功率電子學(xué)隨著近年來高頻功率電子學(xué)的發(fā)展和新一代寬禁帶（WBG）功率器件的引入，無源元件以及電路體積變得非常小型化。為了快速、有效和高效地控制功率變換器，無損、準(zhǔn)確的電流測(cè)量是一個(gè)基本的先決條件。傳統(tǒng)的電流傳感技術(shù)不再適用于高頻轉(zhuǎn)換器中的電流測(cè)量。因此，有必要研究替代的方法和技術(shù)來測(cè)量電流。這些方法應(yīng)該產(chǎn)生具有快速、準(zhǔn)確、拓?fù)錈o關(guān)和無損的當(dāng)前SEN源。此外，使用允許高頻功率轉(zhuǎn)換器（1 MHz）的WBG半導(dǎo)體具有更高的電壓器件（30 V）需要隔離的電流傳感器?；诨魻栃?yīng)的傳感器和基于磁電阻（MR）的傳感器是隔離和非接觸電流檢測(cè)的最流行的解決方案之一?；魻栃?yīng)傳感器廣泛應(yīng)用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，多年來觀察到了顯著的性能改進(jìn)1 -5。使用具有高載流子遷移率的材料（例如GaAs和InAs）制造霍爾元件，導(dǎo)致了1 MHz（6）的靈敏度和檢測(cè)帶寬的顯著改善。然而，該技術(shù)要求主電流路徑被中斷并通過感測(cè)裝置。基于霍爾元件的非接觸電流傳感器的引入是通過平面磁場集中器（MCONs）7、8的應(yīng)用而實(shí)現(xiàn)的。霍爾元件響應(yīng)磁場，這是正常的跡線取向。因此，與常規(guī)方法不同，霍爾元件被放置在磁集中器下面，該磁場集中器向傳感器提供正常場。這些磁集中器利用鐵磁材料將磁場集中在霍爾傳感元件上。最先進(jìn)的基于非接觸霍爾效應(yīng)的電流傳感器的帶寬限制在250 kHz（7），8，從而使它們不適用于高頻（1 MHz）的無接觸電流測(cè)量。MR傳感器可以基于金屬合金和半導(dǎo)體來開發(fā)，從而提高設(shè)計(jì)靈活性。MR傳感器具有良好的靈敏度和測(cè)量精度，因?yàn)樗鼈儽然诨魻栃?yīng)的傳感器具有更少的漂移。它們可以響應(yīng)AC和DC場，并且具有非常高的檢測(cè)帶寬，這使得它們成為電力電子轉(zhuǎn)換器中高頻電流檢測(cè)的有吸引力的選擇。與基于霍爾效應(yīng)的傳感器不同，MR傳感器對(duì)水平磁場進(jìn)行響應(yīng)，該水平磁場能夠利用諸如銅（Cu）或鋁（Al）的導(dǎo)電材料作為平面MCONs。幾個(gè)研究小組正在研究技術(shù)，以提高霍爾效應(yīng)以及基于MR和GMR的電力電子應(yīng)用設(shè)備的靈敏度（9）-（17）的電流感應(yīng)的靈敏度和準(zhǔn)確度。在這項(xiàng)研究中，我們提出了一種新的技術(shù)，使用MR傳感器的平面磁集中器（MCON）利用導(dǎo)電材料的增強(qiáng)帶寬非接觸電流檢測(cè)。研究了不同的MCONs對(duì)各向異性磁共振（AMR）傳感器高頻無接觸電流檢測(cè)性能的影響。市售AMR傳感器霍尼韋爾HMC1021S18被用作非接觸電流監(jiān)測(cè)裝置。AMR傳感器被用于檢測(cè)由定制設(shè)計(jì)的步進(jìn)電流發(fā)生器產(chǎn)生的非?？斓乃矐B(tài)電流的電流。設(shè)計(jì)了六種不同材料和厚度的磁集中器（MCONs），分析了在檢測(cè)到20A的快速瞬態(tài)電流對(duì)傳感器性能的影響。記錄了具有不同MCONs的傳感器響應(yīng)，并對(duì)A進(jìn)行了詳細(xì)的分析。分析了MCONs的作用。用不同的MCONs對(duì)傳感器響應(yīng)進(jìn)行頻率分析，分析MCONs對(duì)AMR傳感器的傳感性能和檢測(cè)帶寬的影響。2 MR傳感器的MCON在典型的電力電子應(yīng)用中，MR傳感器被放置在印刷電路板（PCB）上的當(dāng)前汽車行駛軌跡的頂部或下方（底層），如圖1所示。傳感器與電流跡線沒有物理接觸，并且通過傳感器芯片內(nèi)的AMR傳感元件檢測(cè)通過跡線的電流產(chǎn)生的磁場。當(dāng)?shù)皖l電流通過PCB跡線時(shí)，由電流產(chǎn)生的磁場是均勻的并且均勻分布在電流跡線周圍。圖1（a）和（b）在低頻和高頻電流下可視化磁場分布。與AMR傳感器的默認(rèn)檢測(cè)軸相交的磁通線產(chǎn)生響應(yīng)。在傳感器輸出中，正比于跟蹤中的電流MAG。然而，在高頻下，由于趨膚效應(yīng)，流過跡線的大部分電流集中在跡線的邊緣附近。高頻電流產(chǎn)生的磁通線在跡線周圍不再均勻，大部分磁通線集中在電流跡線的邊緣附近。感測(cè)元件附近的場分布非常弱，并且由傳感器檢測(cè)到相對(duì)較弱的場。其結(jié)果是，傳感器在高頻電流傳感中給出了其靈敏度的假印象。然而，用MCONs對(duì)磁場進(jìn)行歸一化，在傳感區(qū)域中產(chǎn)生均勻的場分布，并且增強(qiáng)了傳感器的檢測(cè)帶寬。一種放大和歸一化由高頻電流產(chǎn)生的磁場的方法是在傳感器周圍折疊載流跡線（9）。這種方法也被用于平面Rogowski線圈，其中線圈被夾在跡線19-22之間。如果應(yīng)用允許這樣的布局修改，該方法可以很好地應(yīng)用于點(diǎn)場檢測(cè)器，例如磁阻（MR）傳感器。然而，有可能實(shí)現(xiàn)MCONS，其能夠在沒有或最小PCB布局修改的情況下，在承載高頻電流的PCB跡線上形成和放大場。MR元件對(duì)磁場場的水平分量作出響應(yīng)，而霍爾效應(yīng)元件則響應(yīng)于磁場的垂直分量來進(jìn)行精確傳感。與MR傳感器相關(guān)聯(lián)的這種獨(dú)特性質(zhì)可以在設(shè)計(jì)磁場磁場歸一化目的的MCONs時(shí)得到很大程度的利用。在一般情況下，當(dāng)暴露在導(dǎo)電表面上時(shí)，利用電磁場反射特性，通過傳感器使磁場正?；驮鰪?qiáng)。理想情況下，需要具有零場吸收的超導(dǎo)體表面以獲得最大性能。然而，使用具有良好導(dǎo)電性的材料，例如具有特定尺寸和厚度的Cu或Al，可以在很大程度上實(shí)現(xiàn)磁場歸一化。MCON的材料、尺寸和厚度在磁場歸一化和MR傳感器的性能方面起著很大的作用。為了清楚地了解Mcon對(duì)電流軌跡周圍磁場分布的影響，采用有限元方法MAG-NEICS（FEMM）電磁解算器進(jìn)行了詳細(xì)的仿真研究。圖2和3分別給出了10和20 A電流的模擬結(jié)果，示出了與常規(guī)電流跡線相比，MCON技術(shù)的磁場分布的變化。在1盎司PCB銅軌跡上進(jìn)行模擬，其寬度為150密耳。電流通過PCB跡線在遠(yuǎn)離觀察者的方向上。電流從直流變化到5 MHz，以了解磁場對(duì)磁場分布的影響。長度和寬度分別為0.19和0.15的MCONs放置在距PCB跡線3.07毫米的距離處，這是從PCB跡線到放置在PCB上的芯片頂部的距離。對(duì)于直流電流，由電流產(chǎn)生的磁場是均勻的并且均勻分布在跡線周圍。直流磁場不受麥肯的影響，如圖所示是不變的。由20 A電流產(chǎn)生的磁場的幅度高于由10 A電流產(chǎn)生的磁場，并且在這兩種情況下，磁場都不受MCONs的影響。然而，當(dāng)5 MHz電流通過跡線時(shí)，由于趨膚效應(yīng)，跡線產(chǎn)生的大部分磁場集中在跡線的邊緣附近。其結(jié)果是，作為有效感測(cè)區(qū)域的跡線的中段附近的場是不均勻的。圖2（b）示出了在5兆赫的模擬結(jié)果，沒有MCon（左）和Cu MCONs的厚度分別為1密耳（中間）和5密耳（右），分別為10 A電流?？梢郧宄乜闯?，高頻電流的非均勻磁場分布被集中、歸一化并使用MCONs均勻化。磁通密度（B）和磁場強(qiáng)度（H）在從電流跡線的2.1毫米處測(cè)得的磁場強(qiáng)度表明，使用MCONs增加了B和H值。如圖2（c）所示，在Al MCONs電流為10毫安（左）和10密耳（右）厚度的情況下，可以觀察到類似的結(jié)果。5 MIL銅Mon在場密度方面表現(xiàn)出最顯著的改善，B值從0.702增加到0.992 Mt。磁通密度的變化是B（0.992 0.702）MT0.29 MT2.9 G。從制造商數(shù)據(jù)表（18）考慮的MR傳感器的靈敏度是Sm1 mV/（V-TT）。ASSEM在后處理電路中的橋電壓為5 V，增益為20（在后面的部分中解釋），輸出在5 mIL Cu MCON中的相關(guān)電壓增益為VB SM 5 20290 mV。通過實(shí)現(xiàn)5 mIL銅Mon，傳感器輸出的5兆赫電流的10微震幅度理論上可以提高290毫伏，這相當(dāng)于傳感器響應(yīng)的11.6%改善。如圖3（b）和（c）所示，20 A電流的模擬結(jié)果在感測(cè)區(qū)域中磁場集中和歸一化方面顯示了類似的結(jié)果。因此，改變MCon的材料和厚度，可以實(shí)現(xiàn)不同水平的磁場歸一化。3 MCON性能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證A 實(shí)驗(yàn)裝置為了評(píng)價(jià)Mcon對(duì)MR傳感器（18）作為電流測(cè)量裝置的性能的影響，開發(fā)了幾種測(cè)試電路。圖4示出了設(shè)計(jì)用于在配備不同的MCONs時(shí)評(píng)估AMR傳感器的性能的硬件設(shè)置的電路圖。使用定制設(shè)計(jì)的快速高架階梯電流發(fā)生器產(chǎn)生電流脈沖，該電流脈沖用作AMR傳感器的參考電流。階躍電流產(chǎn)生器可以產(chǎn)生高達(dá)20 A的電流脈沖，其過渡時(shí)間約為5納秒，這使得我們能夠分析到50 MHz的感測(cè)帶寬。載流PCB跡線和MR傳感器被放置在厚度為1.57毫米的PCB的相對(duì)側(cè)上。在PCB的底層上實(shí)現(xiàn)了帶有1盎司Cu的載流軌跡，而MR傳感器被放置在圖4。評(píng)估不同MCONs的AMR傳感器性能的硬件設(shè)置電路圖。頂層使得電流軌跡與傳感元件之間的距離為2.1毫米。AMR傳感器的輸出由差分增益20進(jìn)一步放大，這是用高速分量（205 MHz，506 V/s s）實(shí)現(xiàn)的，因此它不限制感興趣的頻率范圍。圖5示出了為實(shí)驗(yàn)而開發(fā)的硬件原型。在這項(xiàng)研究中，AMR傳感器用六種不同配置的MCONs進(jìn)行評(píng)估。使用具有優(yōu)異導(dǎo)電性的材料如Cu和Al來配置MCONs。MCONs的長度和寬度分別為0.19和0.15，匹配AMR傳感器SOIC8芯片的頂部尺寸。采用不同的MCONs厚度對(duì)傳感器輸出進(jìn)行觀測(cè)。Cu MCONs使用三種不同厚度的1, 5和10密耳，而Al MCONs用5, 10和22密耳厚。MCON被一次放置在AMR傳感器的頂部，并且觀察到傳感器相對(duì)于具有高達(dá)20 A的幅度的快速上升階躍電流的響應(yīng)。圖6示出了配備1 MIL Cu Mcon的步進(jìn)電流發(fā)生器和AMR傳感器的實(shí)驗(yàn)裝置。B.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在圖7中示出了AMR傳感器對(duì)10A量級(jí)的快速上升階躍電流的響應(yīng)。綠色波形對(duì)應(yīng)于在步進(jìn)電流發(fā)生器板中使用小功率電阻器的參考電流測(cè)量。黃色波形對(duì)應(yīng)于AMR傳感器與任何MCON的響應(yīng)。當(dāng)跟蹤中沒有電流時(shí)，傳感器輸出偏置在2.5 V。隨著10的軌跡中的階躍電流，達(dá)到3.08 V的穩(wěn)態(tài)傳感器響應(yīng)。圖7。AMR傳感器對(duì)10的響應(yīng)，沒有MCon的階躍電流?？潭龋篨軸：1s/div，y軸：5 v/div（綠色），200 mV/div（黃色）。3.1傳感器在相同的操作條件下使用上述MCON的六種不同配置進(jìn)行評(píng)估。在圖8中示出了配備有不同材料和厚度的MCONs的AMR傳感器的響應(yīng)。顯然，配備MCON的傳感器無論使用的MCON的類型如何，都表現(xiàn)出更好的響應(yīng)。在所有情況下，穩(wěn)態(tài)都比沒有MCon的情況快得多。這是因?yàn)?，通過使用導(dǎo)電材料如Cu和Al，實(shí)現(xiàn)了MCON，使感測(cè)元件區(qū)域中的磁場歸一化。在圖8中給出的結(jié)果表明，當(dāng)配備1, 5和10密耳Cu MCONs時(shí)，AMR傳感器響應(yīng)分別達(dá)到1.16、0.83和0.86s的3.08 V的穩(wěn)態(tài)。同樣，對(duì)于Al MCONs，分別在0.91、0.87和0.86 s時(shí)達(dá)到3.08 V的穩(wěn)定狀態(tài)，McON厚度分別為5, 10和22密耳。為了更好地理解在配備MCON時(shí)傳感器的瞬態(tài)響應(yīng)的改善，確定上升時(shí)間至穩(wěn)態(tài)值的80%。對(duì)于沒有MCon的情況，確定穩(wěn)定狀態(tài)的上升時(shí)間為80%s，而對(duì)于具有1, 5和10密耳厚度的銅MCON，上升時(shí)間為穩(wěn)態(tài)的80%，分別為0.46、0.44和0.44s。同樣，對(duì)于5、10和22密耳的Al MCONs，穩(wěn)態(tài)值的上升時(shí)間分別為0.46、0.45和0.45s。從階躍電流測(cè)試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果示出，5 MIL銅顯示出相對(duì)于10 A階電流的AMR傳感器響應(yīng)的最顯著的改善。從實(shí)驗(yàn)中捕獲的數(shù)據(jù)輸出到MATLAB進(jìn)行進(jìn)一步的比較和分析。圖9示出了沒有任何MCON實(shí)現(xiàn)的AMR傳感器響應(yīng)的時(shí)間DO主要結(jié)果，以及配備5 MIL Cu MCon時(shí)的時(shí)間DO主要結(jié)果。C 討論從圖中可以清楚地看出，當(dāng)與5 MIL Cu MCon一起使用時(shí)，相對(duì)于20 A階電流的傳感器響應(yīng)得到顯著改善。為了驗(yàn)證MCON對(duì)AMR傳感器響應(yīng)的影響的一致性，重新設(shè)計(jì)階躍電流產(chǎn)生器以產(chǎn)生20 A階電流和傳感器響應(yīng)。在不使用任何MCON的情況下觀察，然后與先前實(shí)驗(yàn)中使用的六個(gè)不同的MCONs進(jìn)行觀察。圖10示出了沒有使用MCon的傳感器響應(yīng)的示波器捕獲，并且圖11示出了具有20個(gè)階躍電流的六個(gè)不同MCON的AMR傳感器響應(yīng)。綠色波形對(duì)應(yīng)于參考階躍電流，黃波形式對(duì)應(yīng)于傳感器響應(yīng)。20階躍電流的穩(wěn)態(tài)傳感器輸出為3.5 V。當(dāng)不使用MCon時(shí)，傳感器輸出達(dá)到3 V時(shí)的3.5 V穩(wěn)態(tài)。當(dāng)配備有1, 5和10密耳的Cu MCON時(shí)，響應(yīng)變得更快，在2.4、0.8和0.8 s S處達(dá)到穩(wěn)態(tài)。集體地。在Al MCONs的情況下，觀察到類似的趨勢(shì)，達(dá)到3.5 V的穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于厚度為5, 10、22密耳的MCONs分別為0.9、0.87和0.86s。然而，一旦考慮到使用MCONs可能實(shí)現(xiàn)的最大場歸一化，進(jìn)一步增加厚度不會(huì)導(dǎo)致來自傳感器的更好的響應(yīng)。因此，不再需要傳感器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)間。對(duì)于10和20兩個(gè)階躍電流瞬變，從5到10密耳增加Cu McN的厚度導(dǎo)致與AMR傳感器類似的響應(yīng)。Al的厚度從10到22密耳也有類似的趨勢(shì)。對(duì)階梯電流的傳感器響應(yīng)沒有任何改善。實(shí)驗(yàn)的另一個(gè)重要的觀察是，5 MIL Cu和10 MIL Al Mcon所實(shí)現(xiàn)的磁場歸一化幾乎是相似的，盡管5 MIL Cu McN產(chǎn)生的響應(yīng)比Al稍厚。這一結(jié)果使我們得出結(jié)論，作為一種導(dǎo)電材料，作為磁場的MCON，也不使磁場化，與Al相比，Cu在尺寸方面提供更輕和更薄的溶液。為了觀察MCR性能對(duì)AMR傳感器瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間的一致性，分別用具有2, 5, 10、15和20 A大小的階躍電流對(duì)傳感器性能進(jìn)行評(píng)估。在每種情況下，AMR傳感器響應(yīng)分析沒有MCon和配備5 MIL-Cu MCon。圖13給出了從2到20 A的電流的實(shí)驗(yàn)中的穩(wěn)態(tài)傳感器輸出。從圖中可以看出，傳感器輸出在20 A時(shí)的線性誤差為16.67%。重要的是要注意，這種線性誤差是傳感器特性和N固有的。OT受MCONS實(shí)施的響。MCONs的影響主要是在SENSOR輸出的瞬態(tài)性能和穩(wěn)定狀態(tài)不受影響。圖14示出了傳感器輸出上升時(shí)間隨不同電流幅值達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的變化。可以觀察到，使用MCONs顯著地改善了響應(yīng)時(shí)間。在沒有MCon和傳感器輸出的MCON的情況下，隨著電流大小的變化，穩(wěn)定時(shí)間的上升時(shí)間是相當(dāng)恒定的。這驗(yàn)證了通過改善MCONs來改善AMR傳感器的瞬態(tài)性能所實(shí)現(xiàn)的性能與不同的電流一致。為了進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用Matlab對(duì)來自圖12所示的20步進(jìn)電流測(cè)試的捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率分析。圖15示出了圖12所示的傳感器的時(shí)域響應(yīng)的頻率分析。從圖15所示的結(jié)果可以看出，與沒有MCon的情況相比，MCON情況下的傳感器響應(yīng)的帶寬得到了改善。詳細(xì)分析表明，不使用任何MCON的AMR傳感器的感測(cè)帶寬（3分貝響應(yīng)）為1.21 MHz。如圖15所示，5 MIL-Cu Mcon轉(zhuǎn)換為AMR傳感器的最佳響應(yīng)，并且感測(cè)帶寬從1.21提高到1.61 MHz，這意味著整體感測(cè)帶寬的33.06%改善。增加Cu McON的厚度沒有提供進(jìn)一步的改善，帶寬被限制在1.55 MHz。在表II中給出了通過重新分析SPECT到20階電流響應(yīng)的頻率分析的結(jié)果，示出了隨著不同導(dǎo)電MCON的實(shí)現(xiàn)而改善帶寬。4 結(jié)論在本論文，提出了一種利用導(dǎo)電材料的平面磁敏器件（MCON）的MR傳感器增強(qiáng)非接觸式電流檢測(cè)技術(shù)。我們研究和分析了不同的MCONs對(duì)無接觸電流監(jiān)測(cè)AMR電流傳感器性能的影響。進(jìn)行了詳細(xì)的模擬研究，以清楚地了解磁場分布的高頻電流。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并進(jìn)行了詳細(xì)的分析。設(shè)計(jì)了一種快速上升階梯電流發(fā)生器，用于產(chǎn)生快速電流階躍。為了分析AMR傳感器在檢測(cè)快速瞬態(tài)階躍電流中的性能，實(shí)現(xiàn)了采用不同厚度的Cu和Al制成的四種不同的MCONs。記錄并配備了不同的MCONs傳感器響應(yīng)。用不同的MCONs對(duì)傳感器響應(yīng)進(jìn)行頻率響應(yīng)，分析MCONs對(duì)AMR傳感器檢測(cè)帶寬的影響。MCONs的使用將磁場通過感測(cè)元件進(jìn)行歸一化，并改善電流感測(cè)的帶寬。5 MIL-Cu McON的實(shí)現(xiàn)導(dǎo)致了大約400 kHz的傳感帶寬的顯著改善，這轉(zhuǎn)化為AMR傳感器的檢測(cè)帶寬的33.06%的增加。相信所提出的方法適用于高頻功率變換器中的電流檢測(cè)，其中電流信息用于控制紋波和瞬態(tài)響應(yīng)。作者要感謝UNC夏洛特電氣和計(jì)算機(jī)工程部所提供的設(shè)備。作者還想感謝UNC夏綠蒂的H. Niakan和E. Hurwitz在早期仿真和硬件設(shè)置方面的幫助。附錄2：外文原文