ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01H35/02 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в предохранительных устройствах для отключения питания подвижных устройств, в частности для электроутюгов.

Известен датчик движения и положения, содержащий корпус с внутренним шарообразным вогнутым пространством, в центре которого расположено цилиндрическое отверстие, имеющее диаметр меньше диаметра свободного перемещающего шарика. На нижней точке дна имеются два изолированных друг от друга проводника, которые могут замыкаться шариком при его попадании на цилиндрическое отверстие, т.е. при горизонтальном положении электроутюга [1]
На боковой поверхности внутреннего пространства установлено токопроводящее кольцо, изолированное от токопроводящего контакта на верхней поверхности внутреннего пространства. При установке утюга в вертикальное положение шарик замыкает кольцо и контакт. При движении утюга шарик при некотором ускорении выходит из лунки и перемещается по вогнутой поверхности дна, замыкая и размыкая изолированные проводники.

Известный датчик имеет недостаточную чувствительность к ускорению возвратно-поступательного движения из-за наличия лунки на дне корпуса, в которую западает шарик, и значительную сложность изготовления датчика, связанную с необходимостью закрепления контактов у лунки дна без нарушения свободного качания шарика во все стороны, а также с установкой контактов на боковую и верхнюю поверхности внутреннего пространства с обеспечением их замыкания шариком во всех положениях датчика.

Кроме того, шарик выполняет функции проводника тока, он должен быть выполнен из токопроводящего металла, который в течение всего срока эксплуатации не должен окисляться, коррозировать и изнашиваться, должен иметь низкое контактное сопротивление при малой площади контакта шарообразной поверхности шарика с плоской контактной пластиной.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик движения и положения. Он содержит корпус с изогнутыми внутренним каналом, в полости которого свободно размещен светонепроницаемый шарик, расположенные соосно светоизлучатель и фотоприемник, ось которых перпендикулярна плоскости изогнутой оси канала. Шарик перекрывает световой поток светоизлучателя в нижнем положении. При наличии ускорения вдоль оси канала шарик смещается по каналу, свет от излучателя попадает на фотоприемник, сигнал от которого приводит в действием отключающее устройство [2]
Датчик формирует сигнал только при ускорении вдоль одной оси, внутренний канал должен иметь высокую степень прозрачности и защиту фотоприемника от отраженных лучей света, датчик имеет сложную конструкцию и низкую технологичность изготовления.

Изобретение решает задачу формирования сигналов неподвижного горизонтального, неподвижного вертикального положения корпуса и возвратно-поступательного движения корпуса в горизонтальной плоскости во всех направлениях без использования электромеханических элементов.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается:
в получении аксиально-симметричной относительно вертикальной оси диаграммы чувствительного датчика за счет сегментарно-вогнутого дна корпуса;
в упрощении конструкции датчика за счет светопрозрачной прокладки, исключающей рассеивание света;
в высокой технологичности изготовления за счет простоты конструкции корпуса и светопрозрачной прокладки.

На чертеже представлен датчик движения и положения.

Он содержит корпус 1, имеющий сегментарное вогнутое дно 2, паз 3 в дне корпуса, крышку 4, шарик 5, светоизлучатель 6, паз 7 в крышке, фотоприемник 8, светопроводящую прокладку 9. Корпус 1 может быть выполнен литьем из пластмассы или обработкой из металла и может иметь любую наружную форму, в том числе и цилиндрическую, как показано на чертеже. На дне 2 корпуса 1, которое имеет вогнутую, например, шарообразную форму сегмента, закреплена, например приклеена, светопрозрачная прокладка 9. По вертикальной оси сегмента, нормальной в его нижней точке, в корпусе 1 в паз 3 установлен светоизлучатель 6. На корпусе 1 сверху закреплена крышка 4, в которой соосно со светоизлучателем 6 в паз 7 установлен фотоприемник 8. Крышка 4 может быть изготовлена аналогично корпусу 1. Шарик 5 предназначен для полного перекрытия светового потока от светоизлучателя 6 к фотоприемнику 8 в состоянии покоя и при горизонтальном положении датчика, периодического перекрытия этого потока при наличии возвратно-поступательного движения в горизонтальной плоскости в любом направлении, а также для полного открытия светового потока при вертикальном положении датчика, при этом шарик 5 находится на боковой поверхности корпуса 1. Шарик 5 имеет диаметр больший диаметра паза 3 в дне корпуса 1 для полного перекрытия светового потока светоизлучателя 6. Шарик 5 может быть выполнен из любого материала (пластмасса или металл) с полированной поверхностью для уменьшения трения качения.

Светоизлучатель 6 предназначен для создания светового потока по оси паза 3 в сторону фотоприемника 8, который предназначен для приема светового потока и преобразования его в электрический сигнал. Светопрозрачная прокладка 9 предназначена для образования поверхности качения шарика 5 и пропускания светового потока светоизлучателя 6 и может быть выполнена из светопрозрачного материала, например, из формующейся полимерной пленки. Прокладка 9 препятствует западанию шарика 5 в паз 3 и исключает тем самым возникновение зоны нечувствительности шарика и ускорению, что повышает чувствительность датчика к малым ускорениям возвратно-поступательного движения.

Датчик движения и положения работает следующим образом.

В горизонтальном неподвижном положении шарик 5 находится в самой низшей точке вогнутого дна на светопроводящей прокладке 9 и перекрывает световой поток от светоизлучателя 6 к фотоприемнику 8. На выходе фотоприемника 8 устанавливается нулевой уровень сигнала. При вертикальном положении покоя датчика боковая поверхность корпуса 1 становится горизонтальной, а шарик 5 лежит на ней, при этом он не перекрывает световой поток светоизлучателя 6 к фотоприемнику 8. На выходе фотоприемника 8 устанавливается единичный уровень сигнала. При наличии возвратно-поступательных движений в горизонтальной плоскости в любом направлении из-за наличия ускорения шарик 5 катается по поверхности прокладки 9 в направлении действия ускорения и пересекает световой поток светоизлучателя 6. На выходе фотоприемника 8 формируются импульсные сигналы между нулевым и единичным уровнями. При прекращении движения шарик 5 останавливается в нижней точке дна корпуса, перекрывая световой поток светоизлучателя 6.

Использование: в электротехнике, в предохранительных устройствах для отключения питания подвижных устройств, в частности для электроутюгов. Сущность изобретения заключается в том, что датчик движения и положения содержит корпус, имеющий сегментарную внутреннюю полость с вогнутым дном. Корпус имеет осевой паз и снабжен светопроводящей прокладкой, установленной на дне внутренней полости корпуса и крышкой с осевым пазом, в пазы корпуса и крышки соосно установлены соответственно светоизлучатель и фотоприемник, шарик свободно расположен на светопроводящей прокладке, причем его диаметр больше диаметра паза в дне внутренней полости корпуса. 1 ил.

ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ, содержащий корпус с внутренней полостью, имеющей вогнутое дно, шарик, расположенный в корпусе с возможностью свободного перемещения по вогнутому дну полости и выполненный светонепроницаемым, светоизлучатель и фотоприемник, установленные в корпусе соосно друг другу, отличающийся тем, что корпус снабжен светопроводящей прокладкой и крышкой с осевым пазом, вогнутое дно внутренней полости корпуса имеет сегментарную поверхность и в дне внутренней полости также выполнен осевой паз, причем указанные пазы в дне внутренней полости корпуса и в крышке предназначены для установки в них соответственно светоизлучателя и фотоприемника, светопроводящая прокладка размещена на дне полости корпуса, а шарик расположен с возможностью перемещения по светопроводящей прокладке, причем его диаметр больше диаметра паза в дне внутренней полости корпуса.