ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2001 года по МПК G01D5/245 G01B7/00 

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений и может быть использовано в преобразователях перемещений в электрический сигнал.

Известен преобразователь линейных перемещений в фазу выходного сигнала [А. с. СССР N308294, кл. G 01 D 5/20, 1971], состоящий из двух жестко связанных между собой магнитопроводов, выполненных в виде С-образных пластин с изоляционными магнитными прокладками между ними, собранных в пакеты, двух разобщенных обмоток возбуждения и измерительной обмотки, выполненной в виде прямоугольного зигзагообразного проводника с постоянным шагом, нанесенного на изоляционную немагнитную рамку, расположенную в воздушных зазорах магнитопровода.

Также известен преобразователь линейного перемещения в электрический сигнал [А.с. СССР N1012021, кл. G 01 D 5/22; G 08 C 9/04, 1983], содержащий П-образный магнит, один полюс которого снабжен неподвижным магнитопроводом, подвижный магнитопровод, расположенный под неподвижным, в зазоре между подвижным и неподвижным магнитопроводами на диэлектрической пластине расположены магниточувствительные элементы, на внутренних поверхностях подвижного и неподвижного магнитопроводов выполнены зубцы, расположенные под углом 2 ϕ друг к другу.

Известен цифровой датчик линейных перемещений [А.с. СССР N368482, кл. G 01 D 5/20; G 08 C 9/04, 1973], содержащий генератор переменного тока, выходы которого подключены к бифилярной обмотке, уложенной в пазы кодового элемента, выполненного в виде двухзаходного винта, две подвижные считывающие головки, выполненные в виде ферритовых пластин с пазами, шаг которых кратен шагу бифилярной обмотки, два усилителя импульсных сигналов, выходы которых подключены через соединенные последовательно фазовый дискриминатор, триггер и формирователь счетных импульсов ко входу двоичного счетчика. Выходы головок подключены ко входам усилителей импульсных сигналов. Головки размещены вдоль кодового элемента на расстоянии, кратном половине шага бифилярной обмотки.

Известен преобразователь перемещения в электрический сигнал, реализуемый по способу [Заявка Японии N 5-248805, МКИ⁵ G 01 B 7/00, G 01 D 5/245, 1992], содержащий носитель кодовой информации, выполненный в виде полосок немагнитного материала, расположенных на заданном расстоянии друг от друга на металлическом основании, изготовленном из магнитного материала.

Недостатками таких преобразователей являются невысокая надежность и малое отношение сигнал/шум.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является датчик измерения перемещений [А. с. СССР N 439700, кл. G 01 D 5/20, 1974 (прототип)] , содержащий носитель кодовой информации и устройство съема кодовой информации. Носитель кодовой информации выполнен в виде рядовой бифилярной обмотки, через которую пропускается переменный ток.

Недостатками известного датчика измерения перемещений являются невысокий, по сравнению с предлагаемым датчиком, градиент магнитного поля и меньшая информационная надежность результатов измерения.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и информационной надежности датчика измерения перемещений за счет повышения градиента магнитного поля носителя кодовой информации.

Поставленная задача достигается тем, что датчик линейных перемещений, содержащий носитель кодовой информации в виде плоской обмотки, подключенной к генератору высокой частоты, считывающую магнитную головку с немагнитным зазором, установленную с возможностью перемещения параллельно носителю кодовой информации, токопроводящие части рабочей зоны плоской обмотки расположены перпендикулярно перемещению считывающей магнитной головки с немагнитным зазором, в отличие от прототипа носитель кодовой информации выполнен в виде меандра с шагом d, причем в направлении, перпендикулярном перемещению считывающей магнитной головки, расположены поочередно токопроводящие части, изготовленные из магнитного и немагнитного материалов, при этом ось немагнитного зазора считывающей магнитной головки расположена параллельно осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра, либо под углом ϕ = 2 - 4^o к осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра.

Шаг меандра выбирается в зависимости от технологии изготовления носителя кодовой информации. Шаг может быть в пределах 0,4 - 1,2 мм при печатном способе изготовления меандра. Угол ϕ должен быть порядка 2 - 4^o при шаге 0,4 - 1,2 мм для увеличения разрешающей способности датчика линейных перемещений.

Сущность датчика линейных перемещений поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена конструкция датчика линейных перемещений, на фиг. 2 - один из вариантов исполнения датчика линейных перемещений. На фиг. 3 - диаграмма изменения выходного напряжения датчика линейных перемещений от перемещения.

Датчик линейных перемещений (фиг. 1) состоит из носителя кодовой информации в виде меандра 1, токопроводящие части рабочей зоны меандра расположены перпендикулярно перемещению считывающей магнитной головки 2. Считывающая магнитная головка имеет обмотку 3. Токопроводящие части рабочей зоны носителя кодовой информации в виде меандра выполнены поочередно из магнитного материала 4 и немагнитного материала 5. Ось немагнитного зазора магнитной головки расположена параллельно осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра. Меандр подсоединен к генератору высокой частоты 6.

На фиг. 2 представлен датчик линейных перемещений, ось немагнитного зазора магнитной головки которого расположена под углом к осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра.

На фиг. 3 приведена диаграмма изменения выходного напряжения датчика линейных перемещений от перемещения.

Датчик линейных перемещений работает следующим образом.

На меандр 1 подается переменное напряжение с генератора 6. Меандр образует магнитное поле, которое наводит в обмотке 3 считывающей головки 2 ЭДС индукции. Величина ЭДС определяется положением немагнитного воздушного зазора магнитной головки относительно токопроводящих частей рабочей зоны меандра.

Когда немагнитный зазор магнитной головки находится над токопроводящей частью, выполненной из магнитного материала 4, ЭДС, возникающая в обмотке 3 магнитной головки 2, имеет значение E_м (см. фиг. 3). При прохождении немагнитного зазора магнитной головки над токопроводящей частью, выполненной из немагнитного материала 5, ЭДС, возникающая в обмотке магнитной головки, имеет значение E_н. Когда немагнитный зазор магнитной головки находится над средней частью диэлектрического участка носителя кодовой информации, ЭДС обмотки магнитной головки равна нулю.

Для увеличения информационной надежности датчика линейных перемещений целесообразно использовать считывающую магнитную головку в интегральном исполнении (см. Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. - М.: Радио и связь, 1985, с. 12).

Изобретение относится к системам автоматического контроля и преобразования перемещений объектов. Датчик содержит носитель кодовой информации в виде плоской обмотки, подключенной к генератору высокой частоты, считывающую магнитную головку с немагнитным зазором, установленную с возможностью перемещения параллельно носителю кодовой информации. Токопроводящие части рабочей зоны плоской обмотки расположены перпендикулярно перемещению считывающей магнитной головки с немагнитным зазором. Носитель кодовой информации выполнен в виде меандра с шагом d=0,4-l,2 мм. В направлении, перпендикулярном перемещению считывающей магнитной головки, расположены поочередно токопроводящие части, изготовленные из магнитного и немагнитного материалов. Ось немагнитного зазора считывающей магнитной головки расположена параллельно осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра, либо под углом 2-4^o к ним. За счет увеличения градиента магнитного поля носителя кодовой информации повышается точность и информационная надежность датчика. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Датчик линейных перемещений, содержащий носитель кодовой информации в виде плоской обмотки, подключенной к генератору высокой частоты, считывающую магнитную головку с немагнитным зазором, установленную с возможностью перемещения параллельно носителю кодовой информации, токопроводящие части рабочей зоны плоской обмотки расположены перпендикулярно перемещению считывающей магнитной головки с немагнитным зазором, отличающийся тем, что носитель кодовой информации выполнен в виде меандра с шагом d = 0,4 - 1,2 мм, причем в направлении, перпендикулярном перемещению считывающей магнитной головки, расположены поочередно токопроводящие части, изготовленные из магнитного и немагнитного материалов. 2. Датчик линейных перемещений по п.1, отличающийся тем, что ось немагнитного зазора считывающей магнитной головки расположена параллельно осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра. 3. Датчик линейных перемещений по п.1, отличающийся тем, что ось немагнитного зазора считывающей магнитной головки расположена под углом ϕ = 2-4^° к осям токопроводящих частей рабочей зоны меандра.