СПОСОБ ОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОММУТИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА ДЛЯ ЛОКАЦИИ ОБЪЕКТА В ЗОНЕ КОНТРОЛЯ И ДАТЧИК ДЛЯ ЛОКАЦИИ ОБЪЕКТА В ЗОНЕ КОНТРОЛЯ НА ЕГО ОСНОВЕ Российский патент 2016 года по МПК H01H36/00 

Заявляемое техническое решение относится к области коммутационной техники, а именно к способам и устройствам, позволяющим определять нахождение объекта в зоне контроля, при этом объекты могут быть выполнены из различных материалов. Это дает возможность использовать заявляемое техническое решение при создании датчиков и различных систем определения положения объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов, выполненных из различных материалов.

Используемые термины.

Организация (ново-лат., от organum - орган) - устройство чего-либо, соединение в стройное целое. / Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. /http://dic.academic.ru/ Чудинов А.Н., 1910.

Коммутация - изменение соединений в электрических цепях (включение, отключение, переключение их отдельных частей), выполняемое при помощи специальной аппаратуры (в электротехнике).

http://dic.academic.ru/dic.nsf/efremova/_Толковый словарь Ефремовой.

Воздействие, управляющее в теории управления это воздействие органа управления на объект управления /http://big_economic_dictionary.academic.ru/ Большой экономический словарь/.

Элемент - составная часть сложного целого, http://slovari.yandex.ru/ Толковый словарь иноязычных слов.

Датчик, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. /http://slovari.yandex.ru/БСЭ.

Воздействующий элемент - элемент датчика, оказывающий управляющее воздействие на коммутирующий элемент.

Коммутирующий элемент - элемент датчика изменяющий свое состояние под действием воздействующего элемента.

Объект (от лат. objectum - букв, 'брошенное перед чем-л.'), то, что воспринимается, мыслится, обсуждается и обрабатывается, в отличие от субъекта (того, кто это воспринимает, мыслит, обсуждает и обрабатывает). /http://krugosvet.ru // Энциклопедия Кругосвет.

Локация, -и, жен., (спец.). Определение местонахождения чего-нибудь/ http://dic.academic.ru/dic.nsf/ogegova/_Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова.

Контроль (франц. controle, от contrerole) - проверка чего-либо/ http://slovari.yandex.ru/БСЭ.

Зона (от греч. zonē - пояс) - участок, область, пояс, полоса чего-либо, обладающие определенным качественным признаком (например, пограничная зона, зона молчания, зоны Френеля и др.).

Датчик для локации объекта в зоне контроля - датчик, предназначенный для контроля положения контролируемого объекта относительно самого датчика в определенной зоне пространства.

Известно техническое решение, в котором способ организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент датчика осуществляют тем, что коммутирующий элемент выполняют в виде катушки индуктивности, создающей чувствительную зону и выходной сигнал, а воздействующий элемент выполняют в виде тела качения, при этом катушку индуктивности располагают под поверхностью качения, причем обеспечивают возможность регулировки расстояния между ней и поверхностью качения, а датчик для локации объекта в зоне контроля содержит корпус из диэлектрического материала или неметалла с крышкой, камеру, поверхность качения, которая совмещена с внутренней поверхностью корпуса, создавая при этом камеру в теле корпуса, тело качения, коммутирующий элемент в виде катушки индуктивности (Патент на полезную модель №109551, приоритет от 20.10.2011 г.). При наклоне устройства от вертикальной оси тело качения входит или выходит из зоны срабатывания, воздействуя тем самым на коммутирующий элемент, изменяя логическое состояние его контактов, а расстояние между телом качения и коммутирующим элементом определяет значение выходного сигнала.

Недостатком известного технического решения является использование силы тяжести тела качения, а значит применение устройства возможно только относительно вертикальной оси, исключая варианты применения в любом пространственном положении.

Известно техническое решение, в котором способ организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент датчика осуществляют тем, что воздействующий элемент выполняют в виде постоянного магнита, устанавливают последний на контролируемый объект, а коммутирующий элемент выполняют в виде магнитоуправляемого контакта, регистрирующего наличие магнитного поля, и устанавливают его в зону позиционирования, а датчик для локации объекта в зоне контроля состоит из двух отдельных частей магнитоуправляемого контакта и постоянного магнита (патент РФ на изобретение №2304820, «Выключатель концевой герконовый» МПК Н01Н 36/00, приоритет от 04.07.2005). Приближение контролируемого объекта с установленным на него магнитом к магнитоуправляемому контакту, закрепленному в зоне позиционирования, приводит к изменению логического сигнала последнего.

Недостатком известного технического решения является необходимость установки постоянного магнита на контролируемом объекте, что значительно сокращает область применения на практике, а в отдельных условиях делает его использование невозможным.

Известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, в котором способ организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент датчика осуществляют тем, что коммутирующий элемент выполняют в виде магнитоуправляемого контакта, последний закрепляют неподвижно, воздействующий элемент выполняют в виде постоянного магнита, закрепляют последний на подвижном коромысле, а датчик для локации объекта в зоне контроля содержит корпус, упругую втулку, магнитоуправляемый контакт, приемную гильзу, которая соединена с магнитом, установленным в корпусе на подвижном коромысле, механической системой тросов и рычагов (http://delcom.com.ua/production/catalogue/ksl-2/). При появлении объекта в контролируемой зоне он воздействует на приемную гильзу датчика, которая, изменяя свое положение в пространстве, через систему тросов и рычагов выводит коромысло с магнитом из зоны срабатывания магнитоуправляемого контакта, что приводит к переключению последнего.

Недостатком известного способа организации воздействия на коммутирующий элемент датчика является наличие сложной механической схемы, используемой для передачи движения от приемной гильзы к магниту, установленному на подвижном коромысле вне приемной гильзы, что приводит к ненадежности срабатывания датчика, выполненного на его основе. Изделия, выполненные на данном принципе, имеют низкую надежность и срок службы, требуют настройки, частого обслуживания, ремонта, что ведет к удорожанию изготовления и эксплуатации.

Перед авторами ставилась задача разработать надежный способ организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент датчика для локации объекта в зоне контроля, исключив сложную механическую схему и датчик для локации объекта в зоне контроля для работы с объектами, выполненными из различных материалов, в любом пространственном положении, исключить при этом сложные кинематические схемы с механическими составляющими, повысить тем самым надежность изделия и одновременно снизить его себестоимость.

Задача решается тем, что в способе организации воздействия на коммутирующий элемент датчика для локации объекта в зоне контроля, включающем использование приемной гильзы, упругой втулки, коммутирующего элемента, соединенного с кабелем, воздействующего элемента, создание чувствительной зоны, позиционирование объекта в зоне контроля осуществляют путем воздействия объекта на приемную гильзу, вызывая при этом изгиб упругой втулки, обеспечивают соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента, упругую втулку и кабель выполняют с возможностью их жестко закрепить с одной стороны, а упругую втулку соединить с приемной гильзой с другой стороны, коммутирующий элемент устанавливают внутри приемной гильзы так, чтобы воздействующий элемент и коммутирующий элемент находились в чувствительной зоне, а соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента обеспечивают за счет разницы длин дуг стенки упругой втулки и кабеля. Кроме того, упругую втулку выполняют в виде пружины. Коммутирующий элемент выполняют в виде магнитоуправляемого контакта, а воздействующий элемент при этом выполняют в виде постоянного магнита. Коммутирующий элемент выполняют в виде катушки индуктивности, а воздействующий элемент при этом выполняют из металла. Коммутирующий элемент выполняют в виде металлических обкладок, расположенных концентрически и образующих электрическую емкость между собой, а воздействующий элемент при этом выполняют из любого материала.

А в датчике для локации объекта в зоне контроля, включающем приемную гильзу, упругую втулку, коммутирующий элемент, соединенный с кабелем, воздействующий элемент, упругая втулка и кабель выполнены с возможностью их жестко закрепить с одной стороны, а упругую втулку соединить с приемной гильзой с другой стороны, коммутирующий элемент установлен внутри приемной гильзы так, чтобы воздействующий элемент и коммутирующий элемент находились в чувствительной зоне, а соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента обеспечивается за счет разницы длин дуг стенки упругой втулки и кабеля. Кроме того, упругая втулка выполнена в виде пружины. Коммутирующий элемент выполнен в виде магнитоуправляемого контакта, а воздействующий элемент при этом выполнен в виде постоянного магнита. Коммутирующий элемент выполнен в виде катушки индуктивности, а воздействующий элемент при этом выполнен из металла. Коммутирующий элемент выполнен в виде металлических обкладок, расположенных концентрически и образующих электрическую емкость между собой, а воздействующий элемент при этом выполнен из любого материала.

Технический эффект заявляемого технического решения заключается в повышении надежности, в расширении области применения датчиков для локации объекта в зоне контроля, в том числе в сложных условиях эксплуатации (влажность, запыленность, агрессивная среда, высокая вибрация), в снижении себестоимости и расходов на эксплуатацию, в возможности локации объектов, выполненных из различных материалов.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами.

На фигуре 1 представлена блок-схема, поясняющая осуществление заявляемого способа организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент в датчике для локализации объекта в зоне контроля и работу заявляемого датчика для локализации объекта в зоне контроля для примера 1, где 1 - приемная гильза, 2 - упругая втулка, 3 - коммутирующий элемент, 4 -кабель, 5 - фиксатор кабеля, 6 - объект, 7 - воздействующий элемент, 8 - чувствительная зона.

На фигуре 2 представлена блок-схема, поясняющая осуществление заявляемого способа организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент в датчике для локализации объекта в зоне контроля и работу заявляемого датчика для локализации объекта в зоне контроля для примера 2 и 3, где 1 - приемная гильза, 2 - упругая втулка, 3 - коммутирующий элемент, 4 -кабель, 5 - фиксатор кабеля, 6 - объект, 7 - воздействующий элемент, 8 - чувствительная зона.

Принцип работы заявляемого способа организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент в датчике для локализации объекта в зоне контроля и работу датчика для локации объекта в зоне контроля на основе данного способа в общем виде можно пояснить, используя фиг. 1, следующим образом.

Упругая втулка 2 выполнена с возможностью ее жестко закрепить с одной стороны (способы крепления могут быть различными и зависят от задач по практическому применению, например возможно закрепить упругую втулку на кронштейне, залить в бетонное изделие, присоединить по месту хомутом и т.д.) и конструктивно соединить с приемной гильзой с другой стороны. Внутрь гильзы устанавливают воздействующий элемент 7, создающий чувствительную зону 8. Коммутирующий элемент 3 устанавливают внутри приемной гильзы 1 и соединяют с кабелем 5. Коммутирующий элемент 3 устанавливают таким образом, чтобы он находился в чувствительной зоне 8 воздействующего элемента 7. Кабель 4 жестко закрепляют фиксатором кабеля 6 в крайнем положении упругой втулки 2.

Во время проведения локации объекта в зоне контроля объект 6, который контролируют, воздействует на приемную гильзу 1, вызывая ее сдвиг, происходит изгиб упругой втулки 2, при этом увеличивается длина внешней стенки упругой втулки 2, увеличивая тем самым ее длину и длину датчика в целом. Так как один участок кабеля 4 жестко закреплен в крайнем положении упругой втулки 2, а противоположный конец с коммутирующим элементом 3 имеет возможность свободно перемещаться внутри приемной гильзы 1, то происходит удаление чувствительной зоны 8 от коммутирующего элемента 3. При полном выходе коммутирующего элемента 3 из чувствительной зоны 8 происходит изменение его логического состояния, тем самым фиксируется появление объекта 6 в зоне контроля. Соответствие степени изгиба упругой втулки 2 величине сдвига коммутирующего элемента 3 относительно воздействующего элемента обеспечивают за счет разницы длин дуг стенки упругой втулки и кабеля.

Организованное таким образом управляющее воздействие на коммутирующий элемент датчика для локализации объекта в зоне контроля позволяет создать датчик для локализации объекта в зоне контроля на его основе, работающий в любом пространственном положении, не применяя сложные механические системы, состоящие из тяг, тросов и рычагов. Простота в исполнении и отсутствие необходимости в обслуживании дает заявляемому техническому решению значительный экономический эффект, позволяет расширить сферу применения изделий, в том числе в условиях высокой агрессивности, запыленности и влажности, увеличивает их стойкость к вибрации и надежность в эксплуатации.

Пример 1. Коммутирующий элемент может быть выполнен в виде магнитоуправляемого контакта, при этом воздействующий элемент выполнен в виде постоянного магнита (фиг. 1).

Коммутирующий элемент 3 выполняют в виде магнитоуправляемого контакта, устанавливают внутри приемной гильзы 1 и соединяют с кабелем 4. Коммутирующий элемент 3 устанавливают таким образом, чтобы он находился в чувствительной зоне 8, созданной магнитным полем воздействующего элемента 7 (постоянного магнита). Кабель 4 жестко закрепляют фиксатором кабеля 5 в крайнем положении упругой втулки. Воздействующий элемент 7 выполняют в виде постоянного магнита, создающего чувствительную зону 8.

При локации объекта в зоне контроля объект 6 воздействует на приемную гильзу 1, вызывая ее сдвиг, происходит изгиб упругой втулки 2, при этом увеличивается длина внешней стенки упругой втулки 2, увеличивая тем самым ее длину и длину датчика в целом. Так как один участок кабеля 4 жестко закреплен в крайнем положении упругой втулки 2, а противоположный конец с магнитоуправляемым контактом имеет возможность свободно перемещаться внутри гильзы 1, то происходит удаление чувствительной зоны 8 от магнитоуправляемого контакта. При полном выходе магнитоуправляемого контакта из чувствительной зоны 8 происходит изменение логического состояния магнитоуправляемого контакта, тем самым фиксируется появление объекта 6 в зоне контроля. Упругая втулка может быть выполнена в виде пружины.

Пример 2. Коммутирующий элемент может быть выполнен в виде катушки индуктивности, при этом воздействующий элемент выполнен из металла (фиг. 2).

Коммутирующий элемент 3 выполняют в виде катушки индуктивности, которая при подаче напряжения создает чувствительную зону 4 в виде электромагнитного поля, при этом воздействующий элемент выполняют из металла в виде торцевой части приемной гильзы 1. Коммутирующий элемент 3 устанавливают внутри приемной гильзы 1 и соединяют с кабелем 5. Кабель 5 жестко закрепляют фиксатором кабеля 6 в крайнем положении упругой втулки 2.

Коммутирующий элемент 3 устанавливают таким образом, чтобы воздействующий элемент в виде торцевой части приемной гильзы 1 находился в чувствительной зоне 4, созданной электромагнитным полем катушки индуктивности 3.

При локации объекта в зоне контроля объект 7 воздействует на приемную гильзу 1, вызывая ее сдвиг, происходит изгиб упругой втулки 2, при этом увеличивается длина внешней стенки упругой втулки 2, увеличивая тем самым ее длину и длину датчика в целом. Так как один участок кабеля 5 жестко закреплен в крайнем положении упругой втулки 2, а противоположный конец с катушкой индуктивности 3 имеет возможность свободно перемещаться внутри гильзы 1, то происходит удаление воздействующего элемента в виде торцевой части приемной гильзы 1 от чувствительной зоны 4. При полном выходе воздействующего элемента из чувствительной зоны 4 происходит изменение электрических параметров в цепи катушки индуктивности, тем самым фиксируется появление объекта 6 в зоне контроля.

Пример 3. Коммутирующий элемент может быть выполнен в виде металлических обкладок, расположенных концентрически и обладающих электрической емкостью между собой, при этом воздействующий элемент выполняют из диэлектрика или металла, (фиг. 2).

Коммутирующий элемент 3 выполняют в виде металлических обкладок, расположенных концентрически, обладающих электрической емкостью, которые при подаче напряжения создают чувствительную зону 4 в виде электрического поля, при этом воздействующий элемент 7 выполнен из диэлектрика или металла в виде торцевой части приемной гильзы 1.

Коммутирующий элемент 3 устанавливают внутри приемной гильзы 1 и соединяют с кабелем 5. Кабель 5 жестко закрепляют фиксатором кабеля 6 в крайнем положении упругой втулки 2.

Коммутирующий элемент 3 устанавливают таким образом, чтобы воздействующий элемент 7 в виде торцевой части приемной гильзы 1 находился в чувствительной зоне 4, созданной электрическим полем металлических обкладок 3.

При локации объекта в зоне контроля объект 6 воздействует на приемную гильзу 1, вызывая ее сдвиг, происходит изгиб упругой втулки 2, при этом увеличивается длина внешней стенки упругой втулки 2, увеличивая тем самым ее длину и длину датчика в целом. Так как один участок кабеля 5 жестко закреплен в крайнем положении упругой втулки 2, а противоположный конец с катушкой индуктивности 3 имеет возможность свободно перемещаться внутри гильзы 1, то происходит удаление воздействующего элемента в виде торцевой части приемной гильзы 1 от чувствительной зоны 4. При полном выходе воздействующего элемента из чувствительной зоны 4 происходит изменение электрических параметров в цепи металлических обкладок, тем самым фиксируется появление объекта 6 в зоне контроля.

Преимущества заявляемого технического решения

Преимущества заявляемого технического решения заключаются в следующем:

- Позволяет создавать датчики и различные системы определения положения объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов, выполненных из различных материалов,

- Обладает повышенной надежностью,

- Не требует дополнительных механических составляющих для передачи движения приемной гильзы при воздействии на нее контролируемого объекта.

Изобретение касается определения нахождения объекта в контролируемой зоне, при этом объекты могут быть выполнены из различных материалов. Способ организации управляющего воздействия на коммутирующий элемент датчика для локализации объекта в зоне контроля включает использование приемной гильзы, упругой втулки, коммутирующего элемента, соединенного с кабелем воздействующего элемента, создание чувствительной зоны и позиционирование объекта контроля, путем воздействия объекта на приемную гильзу, вызывая изгиб упругой втулки, обеспечивая соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента. При этом упругую втулку выполняют с возможностью её жесткого закрепления с одной стороны и соединения с приемной гильзой с другой стороны. Кабель закрепляют фиксатором в крайнем положении упругой втулки, а коммутирующий элемент с кабелем устанавливают внутри приемной гильзы так, чтобы воздействующий элемент и коммутирующий элемент находились в чувствительной зоне. Технический результат - исключение сложной механической схемы для датчика контроля положения объектов в зоне контроля для работы в любом пространственном положении в сложных условиях эксплуатации, таких как влажность, запыленность, агрессивная среда и высокая вибрация. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил., 3 пр.

1. Способ организации воздействия на коммутирующий элемент датчика для локализации объекта в зоне контроля, включающий использование приемной гильзы, упругой втулки, коммутирующего элемента, соединенного с кабелем, воздействующего элемента, создание чувствительной зоны, позиционирование объекта в зоне контроля, которое осуществляют путем воздействия объекта на приемную гильзу, вызывая при этом изгиб упругой втулки, обеспечивают соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента, отличающийся тем, что упругую втулку выполняют с возможностью ее жестко закрепить с одной стороны и соединить с приемной гильзой с другой стороны, кабель закрепляют фиксатором в крайнем положении упругой втулки, коммутирующий элемент с кабелем устанавливают внутри приемной гильзы так, чтобы воздействующий элемент и коммутирующий элемент находились в чувствительной зоне, а соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента обеспечивают за счет разницы длин дуг стенки упругой втулки и кабеля.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполняют в виде магнитоуправляемого контакта, а воздействующий элемент выполняют в виде постоянного магнита.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполняют в виде катушки индуктивности, а воздействующий элемент выполняют из металла.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполняют в виде металлических обкладок, расположенных концентрически и образующих электрическую емкость между собой, а воздействующий элемент либо из металла, либо из диэлектрика материала.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упругую втулку выполняют в виде пружины.

6. Датчик для локации объекта в зоне контроля, включающий приемную гильзу, упругую втулку, коммутирующий элемент, соединенный с кабелем воздействующий элемент, отличающийся тем, что упругая втулка выполнена с возможностью ее жестко закрепить с одной стороны и соединить с приемной гильзой с другой стороны, кабель закреплен фиксатором в крайнем положении упругой втулки, коммутирующий элемент с кабелем, закрепленным фиксатором, установлен внутри приемной гильзы так, чтобы воздействующий элемент и коммутирующий элемент находились в чувствительной зоне, а соответствие степени изгиба упругой втулки величине сдвига коммутирующего элемента относительно воздействующего элемента обеспечивается за счет разницы длин дуг стенки упругой втулки и кабеля.

7. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что упругая втулка выполнена в виде пружины.

8. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде магнитоуправляемого контакта, а воздействующий элемент выполнен в виде постоянного магнита.

9. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде катушки индуктивности, а воздействующий элемент выполнен из металла.

10. Датчик по п. 6, отличающийся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде металлических обкладок, расположенных концентрически и образующих электрическую емкость между собой, а воздействующий элемент выполнен из любого материала.