Utafiti huu unatengeneza kihisi cha mkondo kisicho na mguso chenye muundo wazi wa nusu duara ili kupima mkondo kwenye nyaya za mkondo mkubwa za magari ya umeme bila kukata kondakta au kulazimika kupitisha kebo ndani ya pete iliyofungwa ya kihisi. Badala ya kutegemea aina moja ya kihisi cha sumaku, mfumo unaunganisha vihisi vinne vya athari ya Hall na vihisi viwili vya tunneling magnetoresistance (Tunneling Magnetoresistance, TMR) kwenye mpangilio mmoja wa nusu duara. Lengo ni kutumia pamoja upeo mpana wa kipimo wa kihisi cha Hall na unyeti mkubwa wa kihisi cha TMR katika usanifu mmoja wa kipimo.

Mpangilio wa vihisi umewekwa kwenye bodi ya mzunguko iliyochapishwa yenye ukubwa wa takribani 50 × 70 mm, na picha ya utafiti inaonyesha eneo la kipimo lililo wazi kwa nyaya zenye kipenyo chini ya 5 cm. Vihisi vinne vya Hall Allegro A1324 vina unyeti wa 5 mV/Gs na upeo wa mstari wa ±10 Gs; vihisi viwili vya TMR2905 vina upeo wa unyeti wa 45–65 mV/V/Oe na upeo wa mstari wa ±5 Gs. Sampuli za uwanja wa sumaku kutoka maeneo sita tofauti hazitumiki tu kuhesabu mkondo, bali pia kukadiria kiasi ambacho kebo imepotoka kutoka kituo cha kijiometri na kiwango ambacho kondakta mwingine wa karibu unaobeba mkondo unaharibu kipimo.

Katika majaribio ya maabara, mkondo lengwa ulibadilishwa kutoka 10 A hadi 210 A kwa hatua za 20 A. Kondakta ulipokuwa katikati ya mpangilio wa vihisi, usahihi wa wastani wa kipimo wa mfumo mseto uliripotiwa kuwa %99,05. Vihisi vya Hall vilionyesha usahihi wa %96,69–98,49 katika eneo la mkondo mdogo la 10–50 A na vilibaki juu ya %99 kwa mikondo inayozidi 130 A. Vihisi vya TMR vilitoa usahihi wa zaidi ya %99 kati ya 30–170 A, lakini ulipungua hadi %96,36 katika 210 A kwa sababu kikomo cha mstari cha ±5 Gs kilizidiwa.

Sehemu ya pili ya utafiti inalenga hitilafu ya kuweka kebo katikati ambayo ni vigumu kuepuka katika usakinishaji halisi. Kituo cha kebo kinapoondoka kwenye kituo cha kijiometri cha mpangilio wa vihisi, umbali wa vihisi hadi kondakta hauwi sawa tena na uwanja wa sumaku unaopimwa huwa usiolingana. Watafiti walitengeneza algoriti ya ufidiaji inayokadiria ukubwa na mwelekeo wa eksentrisiti ya kondakta kutokana na tofauti za uwanja wa sumaku zilizorekebishwa kati ya jozi za vihisi. Katika sehemu ya majaribio, kwa nafasi ya (+0,2 mm, +0,2 mm), usahihi wa wastani wa kundi la Hall uliripotiwa kuwa %97,07, usahihi wa kundi la TMR katika upeo wake unaofaa wa kazi %99,48, na usahihi wa jumla wa mfumo mseto %97,69. Katika mikengeuko mikubwa zaidi ya (+0,6 mm, +0,6 mm) na (+1,0 mm, +1,0 mm), usahihi wa makundi yote mawili ya vihisi ulionyeshwa kupungua hatua kwa hatua.

Tatizo la tatu ni uingiliaji wa sumaku unaotokana na kondakta nyingine zinazobeba mkondo ndani ya kifungu hicho hicho cha nyaya. Watafiti walipendekeza modeli inayowakilisha kwa makadirio usambazaji wa uwanja wa sumaku wa vyanzo vingi kama mkengeuko wa nafasi sawia wa kondakta mmoja pepe. Katika majaribio yaliyotumia kondakta mmoja wa nje wa uingiliaji wa 210 A, wastani wa usahihi wa vihisi vya Hall katika upeo mzima wa 10–210 A ulitolewa kuwa %92,71, na wastani wa vihisi vya TMR %97,51. Wastani wa TMR katika eneo lake la mstari la 10–170 A ni %98,00. Njia hiyo hufanya vizuri zaidi katika uingiliaji dhaifu; kadiri uwanja wa uingiliaji unavyoongezeka au chanzo kinavyokaribia mpangilio wa vihisi, ndivyo kosa la mbinu ya chanzo kimoja pepe linavyoongezeka.

Maana kwa Uturuki: Utafiti unatoa usanifu wa kihisi unaovutia kwa kupima mkondo bila kukata kebo katika usimamizi wa betri za magari ya umeme, umeme wa nguvu, ufuatiliaji wa nyaya za volteji kubwa na mifumo ya kuchaji. Hata hivyo, majaribio hayakufanywa kwenye kifungu halisi cha nyaya za gari, bali maabara na hadi kiwango cha juu cha 210 A. Kabla ya kutumika katika sekta ya magari au miundombinu ya kuchaji nchini Uturuki, uingiliaji wa vyanzo vingi katika vifungu halisi vya nyaya, mabadiliko ya halijoto, mtetemo, uvumilivu wa utengenezaji, uthabiti wa kalibresheni wa muda mrefu na hali za mkondo wa juu zaidi zinahitaji kuthibitishwa kwa kujitegemea. Utafiti wa chanzo wenyewe pia unatambua mazingira yenye kondakta nyingi zilizofungashwa kwa msongamano kuwa mojawapo ya maeneo makuu ya uthibitishaji wa baadaye.

Kwa nini kihisi cha mkondo kisicho na mguso kinatengenezwa?

Mfumo wa usimamizi wa betri, pakiti ya betri ya volteji kubwa, kiendeshi cha mota ya umeme, kiunganishi cha DC, chaja ya ndani ya gari na vibadilishaji DC/DC katika magari ya umeme hutumia taarifa ya mkondo kila wakati. Njia za jadi zinazotegemea shunt huunganishwa kwa umeme na kondakta, ilhali vihisi vinavyotegemea uwanja wa sumaku vinaweza kukadiria mkondo bila kuanzisha muunganisho wa galvaniki na kondakta.

Hata hivyo, kipimo kisicho na mguso pia kina matatizo yake maalum. Kebo kutokaa kikamilifu katikati ya kihisi huharibu usambazaji wa uwanja wa sumaku. Kondakta mwingine katika kifungu hicho hicho cha nyaya huongeza uwanja mwingine wa sumaku juu ya uwanja wa mkondo lengwa. Lengo kuu la utafiti si kutengeneza tu kihisi chenye unyeti mkubwa, bali kuingiza matatizo haya mawili halisi ya usakinishaji ndani ya algoriti ya kipimo.

Kihisi cha Hall hutambuaje mkondo?

Katika athari ya Hall, wabebaji chaji wanaopita kwenye nusu-kondakta hukumbwa na nguvu ya Lorentz chini ya uwanja wa sumaku ulio wima kwa mwelekeo wa mkondo. Kujikusanya kwa chaji upande mmoja huunda volteji ya Hall. Katika utafiti, uhusiano huu wa kifizikia unaunganishwa na mkondo wa kebo kwa kutumia pamoja sheria ya mzunguko ya Ampère:

\[ V_H= \frac{R_H I_C}{d}B \]

na kwa msongamano wa mtiririko wa sumaku kuzunguka kondakta mrefu na mnyoofu unaobeba mkondo:

\[ B \propto \frac{\mu_0 I}{2\pi r} \]

uhusiano huo unatumiwa. Hapa \(I\) ni mkondo unaotakiwa kupimwa, \(r\) ni umbali kati ya kihisi na kituo cha kondakta, \(\mu_0\) ni upenyezaji wa sumaku wa utupu, na \(B\) ni msongamano wa mtiririko wa sumaku unaotambuliwa na kihisi.

Uhusiano huu pia unaeleza tatizo kuu la utafiti: kituo cha kebo kikihama, \(r\) haibadiliki kwa kiasi sawa katika vihisi vyote. Kwa hiyo, kwa mkondo halisi uleule, vihisi huona ukubwa tofauti wa uwanja.

Kwa nini kihisi cha TMR kinatumika pamoja na kihisi cha Hall?

Msingi wa kihisi cha TMR ni Magnetic Tunnel Junction, yaani kiunganishi cha tunneling cha sumaku. Tabaka mbili za ferromagneti hutenganishwa na kizuizi chembamba sana cha kuhami. Mielekeo ya sumaku ya tabaka inapokuwa sambamba au kinyume-sambamba, uwezekano wa elektroni kutuneli kupitia kizuizi na hivyo upinzani wa umeme hubadilika.

Katika utafiti, elementi nne za TMR zinazingatiwa katika muundo wa daraja la Wheatstone. Uwanja wa sumaku usipokuwepo, daraja huwa katika usawaziko na:

\[ V_{out}=0 \]

hukubaliwa. Uwanja unapotumika na jozi za upinzani zikibadilika kwa mielekeo inayokinzana:

\[ V_{out} = V_{CC} \frac{\Delta R}{R} \]

uhusiano huo hupatikana. Kwa sababu ya uhusiano wa mstari wa \(\Delta R\) na uwanja wa sumaku katika eneo la mstari, pato la TMR pia linaunganishwa na uwanja wa sumaku unaotengenezwa na kebo na hivyo na mkondo.

Faida ya TMR ni unyeti mkubwa; hasara yake ni kwamba uwanja wa mstari wa ±5 Gs wa TMR2905 ni mwembamba kuliko upeo wa ±10 Gs wa Hall A1324. Kwa hiyo, utafiti hautumii teknolojia hizi mbili kama mbadala wa kila mmoja, bali kama zinazokamilishana.

Kwa nini kihisi cha nusu duara ni muhimu?

Kihisi chenye pete iliyofungwa kinapotumiwa, kebo lazima ipitishwe ndani ya uwazi wa kihisi. Katika jiometri wazi ya nusu duara iliyopendekezwa na utafiti, kebo inaweza kuwekwa katika eneo la kipimo kupitia upande ulio wazi wa kihisi.

Kuna jumla ya sehemu sita za kutambua kwenye nusu duara: Hall nne na TMR mbili. Kuwekwa kwa vihisi katika nafasi tofauti za pembe huruhusu kupata muundo wa anga wa uwanja badala ya thamani moja tu ya uwanja wa sumaku.

Nini hutokea kebo inapohama kutoka katikati?

Katika hali bora, kituo cha kondakta kiko kwenye kituo cha kijiometri cha mpangilio \(O(0,0)\). Kebo inapohama kwa umbali \(d\) katika mwelekeo wa \(\theta\), kituo chake huwa:

\[ O'=(d\cos\theta,d\sin\theta) \]

hivyo.

Ikiwa uratibu wa kihisi cha i ni \(S_i(x_i,y_i)\), umbali mpya kati ya kondakta na kihisi ni:

\[ d_i= \sqrt{ (x_i-d\cos\theta)^2+ (y_i-d\sin\theta)^2 } \]

na huhesabiwa kwa namna hiyo.

Uwanja wa kinadharia katika nafasi hii ni:

\[ B_i= \frac{\mu_0 I}{2\pi d_i} \]

kwa hiyo uwanja huongezeka kwenye kihisi kinachokaribia kondakta na hupungua kwenye kihisi kinachoondoka.

Eksentrisiti hupatikanaje?

Watafiti hutumia tofauti za uwanja zilizorekebishwa za vihisi vilivyo kinyume au katika nafasi tofauti za kijiometri. Katika modeli ya duara, mfano wa msingi ni:

\[ ratio_1= \frac{B_1-B_3}{B_1+B_3} \]

na:

\[ ratio_2= \frac{B_2-B_4}{B_2+B_4} \]

hivyo.

Katika MATLAB, uhusiano kati ya uwanja wa sumaku na mkengeuko wa kebo huundwa mapema, \(d\) na \(\theta\) hukadiriwa kutoka tofauti zilizorekebishwa zilizopimwa, na nafasi iliyopatikana hutumika tena katika hesabu ya mkondo ya vihisi.

Kwa sababu katika muundo halisi wa nusu duara vihisi si vipengele vilivyo kinyume kikamilifu kwenye duara, utafiti hutumia jumla yenye uzani:

\[ ratio_x= \frac{1}{M} \sum_{i=1}^{M} j_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad M=4 \]

na:

\[ ratio_y= \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} k_i \frac{B_{i1}-B_{i2}} {B_{i1}+B_{i2}}, \qquad N=3 \]

imefafanuliwa hivyo.

Kikomo muhimu cha kurudiwa kwa matokeo hapa ni kwamba uzani \(j_i\) na \(k_i\) unasemekana kuamuliwa “kulingana na utendaji wa kihisi”, lakini thamani halisi za nambari za uzani hazijatolewa katika makala.

Uingiliaji kutoka kebo ya jirani huundwaje kimodeli?

Wacha mkondo wa kondakta lengwa uwe \(I_0\), na mkondo wa kondakta jirani wa uingiliaji uwe \(I_1\). Uwanja wa jumla unaopimwa katika kila kihisi ni jumla ya vekta ya nyuga za kondakta hao wawili:

\[ \mathbf{B}^{total}_i = \mathbf{B}_{0,i} + \mathbf{B}_{int,i} \]

Mbinu asilia ya utafiti ni kuwakilisha kwa makadirio usambazaji huu mgumu wa vyanzo viwili kwa “kondakta pepe sawia” mmoja. Nafasi ya kondakta pepe \(P_{eq}=(x_{eq},y_{eq})\) hutafutwa kwa namna inayopunguza tofauti kati ya uwanja sawia katika maeneo ya vihisi na uwanja halisi wa jumla:

\[ \min_{x_{eq},y_{eq}} \sum_{i=1}^{N} \left\| \mathbf{B}^{eq}_i- \mathbf{B}^{total}_i \right\| \]

Modeli hii haiondoi kebo ya pili kifizikia. Badala yake, hujaribu kufasiri uwanja wa anga uliopotoka unaoonekana na vihisi kana kwamba kondakta lengwa umehamishwa kwa kiasi fulani kutoka katikati. Hivyo mantiki ya marekebisho iliyotengenezwa kwa eksentrisiti inaweza kutumika pia kwa tatizo la uingiliaji.

Verianla Live: Mwonekano wa mchakato huundwa wakati wa runtime kutoka kwenye jedwali la kisayansi linaloonekana; jedwali linahifadhiwa kama source-of-truth ya kisayansi.

Modeli ya uingiliaji hupata ugumu katika hali zipi?

Hali tano za uigaji zilichunguzwa kwa MATLAB R2024b. Matokeo yanaonyesha kuwa uingiliaji unategemea ukubwa wa mkondo, umbali, na pia umbali kati ya mpangilio wa vihisi na kondakta mkuu.

Verianla Live: Thamani za Jedwali 2 la chanzo zinaonyeshwa bila kubadilishwa.

Moja ya ulinganisho ulio wazi zaidi katika jedwali ni Case 1 na Case 2. Wakati uwiano wa uingiliaji/mkondo mkuu ni 0,1 na umbali wa mpangilio–kondakta mkuu unabaki 3 cm, kukaribia kwa chanzo cha uingiliaji kutoka 5 cm hadi 2 cm huongeza kosa kutoka %4,18 hadi %8,59.

Katika kulinganisha Case 1 na Case 4, umbali unapobaki uleule na uwiano wa uingiliaji kuongezeka kutoka 0,1 hadi 0,4, kosa huongezeka kutoka %4,18 hadi %14,77. Katika Case 2 na Case 5, ongezeko hilo hilo la uwiano hupeleka kosa kutoka %8,59 hadi %26,21.

Matokeo haya yanaonyesha kuwa mbinu ya chanzo kimoja pepe hufanya vizuri zaidi katika uwanja dhaifu na wa kati wa uingiliaji, lakini katika uingiliaji mkali na wa karibu haiwezi kuwakilisha mabadiliko ya anga ya kiwango cha juu ya uwanja halisi wa vyanzo vingi kwa usahihi uleule.

Mgongano wa Case 1–Case 2 katika maandishi ya chanzo

Maelezo ya utafiti baada ya Jedwali 2 yanatumia Case 1 na Case 2 kama mifano na kusema kwamba katika uingiliaji dhaifu makosa yako “daima chini ya %5”. Hata hivyo, kosa lililochapishwa la Case 2 ni %8,59.

Katika maandishi hayo hayo, athari ya chanzo cha uingiliaji kukaribia inaelezwa kupitia Case 1 na Case 3. Katika hali hizi mbili, si umbali wa uingiliaji pekee unaobadilika, bali pia umbali wa mpangilio–mkondo mkuu, na kosa lililochapishwa hupungua kutoka %4,18 hadi %3,49. Kwa hiyo kuna kutolingana wazi kati ya maelezo ya chanzo na Jedwali 2.

Mpangilio halisi wa majaribio uliundwaje?

Katika mfumo wa maabara, mzigo wa kielektroniki unaoweza kupangwa na kutoa hadi 1000 A ulitumika. Kebo kuu nyeusi ya 6 AWG ilibeba mkondo lengwa, huku kebo nyekundu sambamba ikiunda uingiliaji wa sumakuumeme. Bodi ya maendeleo inayotegemea STM32 ilikusanya na kuchakata matokeo ya Hall na TMR na kuonyesha matokeo kwa wakati halisi.

Kila njia ya kihisi ilifanyiwa kalibresheni ya msingi ya ofseti sifuri na gain kabla ya kipimo. Kisha mkondo ulibadilishwa kutoka 10 A hadi 210 A kwa hatua za 20 A.

Kondakta ukiwa katikati kabisa, ni kihisi kipi bora?

Hakuna teknolojia moja ya kihisi iliyo bora katika upeo wote wa mkondo.

Kihisi cha Hall kinaonyesha usahihi wa %96,69–98,49 katika 10–50 A. Chanzo kinahusisha hili na unyeti mdogo zaidi katika mkondo wa chini. Zaidi ya 130 A, usahihi hubaki thabiti juu ya %99 kutokana na faida ya upeo wa mstari wa ±10 Gs.

Kihisi cha TMR hutoa usahihi wa zaidi ya %99 kati ya 30–170 A. Hata hivyo, juu ya 170 A usahihi huanza kushuka na kufikia %96,36 katika 210 A. Watafiti wanasema uwanja wa sumaku katika 210 A hufikia takribani mara 2,8 ya kikomo cha juu cha mstari cha TMR2905 na kukipeleka kihisi katika saturation kubwa.

Kwa kuunganisha makundi hayo mawili, usahihi wa wastani wa mfumo katika hali bora iliyowekwa katikati uliripotiwa kuwa %99,05.

Ufidiaji wa eksentrisiti umefanikiwa kwa kiwango gani?

Mfano wa kwanza wa kina katika sehemu ya majaribio ni mkengeuko wa kebo wa (+0,2 mm, +0,2 mm). Modeli ya kinadharia inatabiri kuwa mkengeuko huu ungeunda takribani %10 ya kosa la kimfumo bila ufidiaji.

Baada ya ufidiaji, utafiti unaripoti:

Kielelezo 12 pia kinaonyesha nafasi za (+0,6 mm, +0,6 mm) na (+1,0 mm, +1,0 mm) na kinaonyesha kwamba kadiri ofseti inavyoongezeka, usahihi kwa ujumla hupungua.

Tofauti muhimu ndani ya chanzo hapa ni hii: ingawa muhtasari na hitimisho vinatoa %97,07 kwa eksentrisiti, katika maandishi ya majaribio %97,07 ni wastani wa Hall na %97,69 imeandikwa kwa mfumo uliounganishwa.

Ni kihisi kipi kinachostahimili zaidi uingiliaji wa nje?

Katika majaribio, mkondo wa kebo ya uingiliaji ulitolewa kuwa 210 A, na umbali wa 5, 12 na 20 cm kutoka kwa mpangilio wa vihisi ulitathminiwa.

Verianla Live: Ulinganisho unatumia wastani wa Hall na TMR uliochapishwa kwa upeo uleule wa 10–210 A.

Ukiangalia tu eneo la TMR lenye mstari zaidi la 10–170 A, usahihi wa wastani umetolewa kuwa %98,00.

Watafiti wanaeleza kuwa modeli hufanya vizuri zaidi wakati uwiano wa uingiliaji/mkondo mkuu \(k\) ni mdogo, na katika uwanja mkali wa uingiliaji mbinu ya chanzo kimoja sawia huacha kosa linalobaki linalozidi kuongezeka. Kauli za vizingiti katika sehemu tofauti za chanzo hazifanani kikamilifu: mjadala wa kinadharia unasema kosa huwa muhimu karibu na \(k>0,2\) na kwamba \(k<0,3\) inatarajiwa katika programu nyingi lengwa; sehemu ya majaribio inasema ukandamizaji ni wenye nguvu hasa katika \(k<0,2\) na utendaji huzidi kuzorota katika \(k>0,5\).

Usahihi wa uingiliaji wa %94,31 unatoka wapi?

Muhtasari na sehemu ya hitimisho vinatoa usahihi wa jumla chini ya uingiliaji wa nje kuwa %94,31. Katika sehemu ya majaribio, namba hii haijaelezwa katika mstari tofauti kwa jumla ya mfumo mseto; Hall imepewa %92,71 na TMR %97,51.

Kwa kuwa mpangilio wa vihisi una Hall nne na TMR mbili, wastani wenye uzani wa 4:2 unaotegemea tu idadi ya vihisi ni:

\[ \frac{4}{6}(92{,}71) + \frac{2}{6}(97{,}51) = 94{,}31 \]

na unatoa matokeo hayo kikamilifu. Ulinganifu huu wa kihisabati ni wa kuzingatia. Hata hivyo, chanzo kinasema uzani wa muunganisho hautegemei tu idadi ya vihisi, bali pia makosa yao ya wastani ya tabia katika kalibresheni ya awali, na hakichapishi coefficients halisi \(w_H\), \(w_T\). Kwa hiyo, mbinu kamili ya kukokotoa %94,31 haiwezi kujengwa upya kikamilifu kutoka kwenye maandishi ya chanzo.

Je, kihisi hiki kilithibitishwa kweli ndani ya gari?

Hapana. Uthibitishaji wa majaribio ulifanywa kwenye mpangilio wa maabara wa mezani. Ingawa utafiti unaonyesha magari ya umeme, vifungu vya nyaya za volteji kubwa na programu za kuchaji kwa kasi kama maeneo lengwa ya matumizi, jaribio la kimwili:

lilikuwa na kondakta mkuu mmoja, kondakta mmoja wa uingiliaji, mazingira ya maabara yaliyodhibitiwa na mkondo wa majaribio usiozidi 210 A.

Chanzo chenyewe kinasema katika utangulizi kwamba mikondo ya kuchaji kwa kasi inaweza kufikia 200–500 A na katika baadhi ya hali za nguvu kubwa kuzidi 600 A. Hata hivyo, uthibitishaji wa majaribio wa prototipu iliyotengenezwa unaishia 210 A. Kwa hiyo, utendaji wa kihisi katika mikondo ya juu zaidi ya kuchaji kwa kasi haujaonyeshwa kwa majaribio katika utafiti huu.

Matokeo yanayoungwa mkono na yasiyoungwa mkono na utafiti

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti: Mpangilio wa nusu duara wa Hall–TMR wenye elementi sita unaweza kutoa usahihi mkubwa katika kipimo cha mkondo wa DC wa 10–210 A chini ya hali za maabara. Elementi za Hall na TMR hukamilishana katika maeneo tofauti ya mkondo. Algoriti ya eksentrisiti inayotegemea tofauti za uwanja zilizorekebishwa hupunguza athari za mikengeuko midogo ya usakinishaji, na modeli ya uwanja sawia iliyotengenezwa kwa kebo moja ya jirani inaweza kupunguza kosa la kipimo hasa katika hali za uingiliaji dhaifu zaidi.

Matokeo yasiyoungwa mkono na utafiti: Haijaonyeshwa kuwa kihisi kitatoa usahihi wa %99 katika mazingira yote ya magari ya umeme; hakijathibitishwa katika vifungu vyenye nyaya nyingi zilizobanana; halijoto ya juu au mizunguko mipana ya halijoto haijajaribiwa; mtetemo wa gari na drift ya muda mrefu ya kihisi haijachunguzwa; utendaji wa kimwili zaidi ya 210 A haujathibitishwa; saturation ya uwanja mkubwa ya elementi ya TMR haijaondolewa; na hakuna jaribio la barabarani au la uga wa volteji kubwa lililofanywa kwenye gari halisi la umeme.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Vifaa vya kihisi

Matokeo ya jaribio la kuwekwa katikati

Majaribio ya eksentrisiti

Kielelezo 12 cha utafiti kinaonyesha viwango vitatu vya mkengeuko:

Kwa hali ya (+0,2 mm, +0,2 mm), chanzo kinasema kinatarajia takribani %10 ya kosa la kinadharia bila ufidiaji. Katika maandishi ya majaribio baada ya ufidiaji, usahihi wa mfumo uliounganishwa ni %97,69.

Majaribio ya uingiliaji wa nje

Muunganisho wa vihisi

Baada ya ufidiaji wa eksentrisiti, makadirio tofauti ya mkondo ya makundi ya Hall na TMR:

\[ I_{final} = w_H I_H+ w_T I_T \]

huunganishwa kwa jumla yenye uzani usiobadilika ya muundo huu.

Chanzo kinasema coefficients \(w_H\) na \(w_T\) huamuliwa mapema kulingana na idadi ya vihisi na makosa ya wastani ya tabia katika kalibresheni ya awali. Hata hivyo, hakitoi thamani halisi za nambari za coefficients. Kwa hiyo, haiwezekani kujenga upya algoriti ya muunganisho moja kwa moja kutoka matokeo yaliyochapishwa.

Kikomo cha kutokuwa na uhakika wa majaribio na marudio

Utafiti unaeleza kwamba njia za vihisi zilikalibishwa kwa ofseti sifuri na gain, lakini haujaripoti idadi ya marudio huru, mkengeuko sanifu, error bars, confidence intervals au kutokuwa na uhakika wa jumla wa kipimo katika matokeo makuu ya majaribio. Pia haijafafanuliwa kwa mlinganyo wazi katika sehemu ya mbinu jinsi thamani ya “measurement accuracy” katika grafu ilivyokokotolewa kwa fomula tofauti.

Kwa hiyo, thamani kama %99,05, %97,69 au %94,31 ni vipimo vya utendaji vilivyochapishwa katika utafiti wa chanzo; maandishi haya ya Verianla hayaongezi kiwango cha uhakika wa kitakwimu ambacho hakipo katika chanzo.

Matokeo muhimu zaidi ya kihandisi kisayansi

Mchango mkuu wa utafiti ni mpana zaidi kuliko asilimia moja ya juu ya usahihi. Utafiti unaunganisha ngazi tatu katika kihisi kimoja: uwekaji rahisi wa kebo kupitia jiometri wazi ya kimitambo; mpangilio heterojeni wa vihisi unaotumia faida tofauti za kifizikia za Hall na TMR; na ufidiaji wa kihisabati unaojaribu kupata nafasi ya kebo na uingiliaji wa kondakta jirani kutoka kwenye muundo wa anga wa uwanja wa sumaku.

Hata hivyo, matokeo hayaonyeshi kwamba kihisi kimefikia kiwango cha bidhaa ya kweli ya ndani ya gari. Hasa saturation ya TMR katika mkondo mkubwa, kosa la modeli sawia katika uingiliaji mkali wa karibu, na kutokujaribiwa bado kwa vifungu vya nyaya nyingi ni mipaka mikuu ya hatua zinazofuata za maendeleo.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Jina kamili la asili la utafiti: Design and Optimization of a Non-Contact Current Sensor for EVs Based on a Hybrid Semi-Circular Array of Hall-Effect and TMR Elements

Waandishi na mpangilio wa asili: Xiaopeng Yuan; Haoyu Wang; Lei Zhang.

Mwandishi wa mawasiliano: Lei Zhang.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Chanzo hakitoi tamko la mchango sawa au uandishi wa kwanza sawa.

Taasisi: College of Mechanical and Electrical Engineering, Central South University, Changsha, China; Tsinghua Shenzhen International Graduate School, Tsinghua University, Shenzhen, China.

Jarida: Vehicles.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / makala: 8 / 2 / 27.

DOI: 10.3390/vehicles8020027.

Mchakato wa uchapishaji: Ilipokelewa 21 Novemba 2025, ikarekebishwa 10 Januari 2026, ikakubaliwa 18 Januari 2026 na kuchapishwa 1 Februari 2026.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio: Ni makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu. Inajumuisha pamoja uundaji wa kihisabati wa uwanja wa sumaku, uigaji wa MATLAB na majaribio ya kimwili ya maabara ya kipimo cha mkondo.

Kiungo rasmi:https://doi.org/10.3390/vehicles8020027

Leseni: Leseni ya ufikiaji wazi ya Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Utafiti uliungwa mkono na Hunan Province Natural Science Foundation 2022JJ30759; NSFC 62004224; na Central South University State Key Laboratory of High-Performance Complex Manufacturing ZZYJKT2019-13.

Upatikanaji wa data: Chanzo kinasema data zinapatikana ndani ya makala.

Mgongano wa maslahi: Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana, mbinu, programu, uthibitishaji, uchambuzi rasmi, utafiti, rasilimali, usimamizi wa data, rasimu ya kwanza, uonyeshaji, ushauri na usimamizi wa mradi vilifanywa na Xiaopeng Yuan; mapitio na uhariri na Haoyu Wang na Lei Zhang; upatikanaji wa ufadhili na Lei Zhang.

Dokezo la upeo wa mkondo wa majaribio: Muhtasari na hitimisho hutumia kauli ya upeo wa kipimo wa 0–210 A; protokali halisi ya majaribio katika sehemu ya mbinu ilifanywa kutoka 10 A hadi 210 A kwa hatua za 20 A. Kwa hiyo, 0 A si sehemu ya skanning ya majaribio kama sehemu ya kawaida ya kipimo cha mkondo.

Dokezo la usahihi wa eksentrisiti: Ingawa muhtasari na hitimisho vinaripoti usahihi wa eksentrisiti wa %97,07, Sehemu 4.2.2 inatoa %97,07 kama wastani wa upeo mzima wa kundi la Hall, %99,48 kama matokeo ya TMR katika upeo unaofaa na %97,69 kama usahihi wa mfumo uliounganishwa. Thamani hizi hazijaunganishwa kuwa kipimo kimoja.

Dokezo la usahihi wa uingiliaji wa nje: Ingawa muhtasari na hitimisho vinatoa usahihi wa jumla wa uingiliaji wa %94,31, Sehemu 4.2.3 inatoa wastani wa upeo mzima wa %92,71 kwa Hall na %97,51 kwa TMR. Wastani rahisi wenye uzani wa 4:2 kulingana na Hall nne na TMR mbili hutoa %94,31; hata hivyo, kwa sababu chanzo hakichapishi coefficients halisi za muunganisho, thamani hii haiwezi kuthibitishwa kama hatua wazi ya hesabu katika chanzo.

Kutolingana kwa Jedwali 2: Maandishi ya chanzo yanasema makosa ya Case 1 na Case 2 yako chini ya %5; katika Jedwali 2 lililochapishwa, kosa la Case 2 ni %8,59. Katika sehemu hiyo hiyo, athari ya umbali wa uingiliaji inaelezwa kwa kulinganisha Case 1–Case 3, lakini katika hali hizi mbili kigezo cha pili cha kijiometri pia hubadilika na kosa hushuka kutoka %4,18 hadi %3,49.

Kikomo cha kurudiwa kwa modeli ya eksentrisiti: Uzani j_i na k_i katika modeli ya nusu duara haujatolewa kwa thamani za nambari katika chanzo.

Kikomo cha kurudiwa kwa muunganisho wa vihisi: Mantiki ya kuamua coefficients w_H na w_T zinazounganisha makadirio ya mkondo ya Hall na TMR imeelezwa, lakini thamani halisi za coefficients hazijaripotiwa.

Kikomo cha saturation ya TMR: Chanzo kinaripoti kwamba kwa sababu ya upeo wa mstari wa ±5 Gs wa TMR2905, katika 210 A uwanja huwa takribani mara 2,8 ya kikomo cha juu cha mstari cha kihisi na usahihi wa TMR hushuka hadi %96,36. Kwa hiyo, unyeti mkubwa wa TMR hauwezi kujumlishwa bila kikomo kwa eneo lote la mkondo mkubwa.

Kikomo cha modeli ya uingiliaji: Modeli ya chanzo kimoja pepe sawia haiwezi kuwakilisha kikamilifu mabadiliko ya anga ya kiwango cha juu ya uwanja katika uingiliaji mkali au wa karibu sana. Katika uigaji wa MATLAB, kosa lilifikia %26,21 katika hali ngumu zaidi ya Case 5.

Kikomo cha gari halisi: Utafiti si jaribio la barabarani kwenye gari la umeme wala jaribio la kifungu halisi cha nyaya za volteji kubwa. Jaribio la kimwili lilifanywa kwenye mpangilio wa maabara uliodhibitiwa.

Kikomo cha nyaya nyingi: Uthibitishaji wa uingiliaji wa nje ulifanywa na chanzo kimoja tu cha mkondo cha jirani. Chanzo kinaeleza wazi kwamba kondakta nyingi za karibu zinazopatikana katika vifungu halisi vya nyaya za magari zinapaswa kuchunguzwa katika tafiti zijazo.

Kikomo cha uthibitishaji wa mazingira: Utafiti haukuripoti matokeo tofauti ya majaribio kuhusu skanning pana ya halijoto, mtetemo wa gari, drift ya muda mrefu, kuzeeka au mazingira halisi ya sumakuumeme ya gari.

Kikomo cha kitakwimu: Grafu kuu za utendaji hazionyeshi marudio huru ya majaribio, mikengeuko sanifu, error bars au confidence intervals. Kwa hiyo, asilimia za usahihi zilizochapishwa hazipaswi kuongezewa uhakika wa kitakwimu ambao haupo katika chanzo.

Fizikia ya vihisi, algoriti, vigezo vya majaribio, matokeo ya nambari na kutolingana ndani ya chanzo katika maelezo haya ya Verianla vinategemea tu utafiti uliopitiwa. Uthibitishaji wa nje ulitumika tu kukagua utambulisho wa bibliografia, DOI, tarehe ya uchapishaji na hali ya jarida kama chapisho lililopitiwa na wataalamu.