线性可变微分变压器与声圈执行器的设计与优化：基于有限元分析的方法论以提升传感器响应与驱动力
仪器与探测器
2026-03-10 v1
摘要
本研究提出了系统且优化的方法论，用于设计线性可变微分变压器（LVDT）传感器和声圈（VC）执行器，针对重力波探测器和粒子加速度器等高精度应用。不同于以往侧重工业级LVDT设计框架或孤立参数研究的工作，本文聚焦于在严格的几何和热约束下实现传感器响应与驱动力的双重提升。基于有限元磁力学（FEMM）开发的仿真管道，我们评估了线圈尺寸、径向间隙和线圈线径等关键参数对响应性和线性度等性能指标的影响。本工作的新颖之处在于其系统性地探索设计权衡，如在最大化性能的同时最小化散热，其适用性针对高精度环境。本文特别关注将LVDT与VC功能结合为一个统一的传感器-执行器系统，用于重力波探测器。此外，方法论和仿真结果经优化设计的实验测量验证了其有效性。本工作相较于现有方法论提供了结构化、可扩展的设计流程，代表了重要进步。
引用
@article{arxiv.2603.08284,
title = {Design and optimisation of linear variable differential transformers and voice coil actuators using finite element analysis: a methodical approach to enhance sensor response and actuation force},
author = {Kumar Akhil Kukkadapu and Hans Van Haevermaet and Wim Beaumont and Nick van Remortel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.08284},
year = {2026}
}