ДАТЧИК ПРИБЛИЖЕНИЯ ИНДУКТИВНЫЙ Российский патент 2024 года по МПК G01D5/16 H03K17/945 

Изобретение относится к электронной технике, предназначенной для обнаружения мишеней из слабомагнитных металлов в системах контроля механизации при определении начальных, промежуточных и конечных положений механизмов.

Известен быстродействующий датчик приближения объекта (Патент РФ №2036434, МПК G01D 5/22), состоящий из первого и второго генератора, двух катушек индуктивности, двух конденсаторов, двух емкостных делителей, двух конденсаторов связи, четырех резисторов, двух микросхем инверторов, двух микросхем 2 И-НЕ, микросхемы D-триггера и силового транзисторного ключа. Недостатком данного изобретения является громоздкость схемы из-за наличия двух генераторов, двух катушек индуктивности и большого количества логических микросхем. Также данное изобретения имеет повышенное потребление тока из-за наличия микросхем и двух генераторов. Наличие двух колебательных контуров увеличивает технологическую сложность изготовления.

Также известен индуктивный датчик (Патент РФ №2367968, МПК G01R 29/12), состоящий из генератора периодических импульсов, первого резистора, первого диода, первого конденсатора, второго резистора, шины питания, n-p-n транзистора, третьего резистора, четвертого резистора, резонансного LC-контура, интегрирующей RC-цепи, второго конденсатора, второго диода, операционного усилителя. Недостатком данного изобретения является громоздкость из-за наличия внешнего генератора и использования микросхемы ОУ, что ведет к увеличению потребления тока. Технологическая сложность заключается в необходимости подгонки LC-контура по резонансной частоте с внешним генератором.

Известен фазогенераторный датчик контроля высокоскоростных токопроводящих объектов (Патент РФ №2745385, МПК G01D 5/22), состоящий из двух связанных между собой индуктивных генераторов. Первый индуктивный генератор выполнен на первом инверторе и логической схеме 2И-НЕ, второй индуктивный генератор выполнен на втором и третьем инверторах. Вход первого и выход второго инверторов соединены каждый через свой резистор со своим выходом и через разделительный конденсатор со своим параллельным колебательным контуром. Недостатками данного изобретения являются большие размеры из-за наличия двух генераторов и синхронизирующего генератора, технологическая сложность изготовления изделия из-за наличия двух колебательных контуров и использование логических микросхем, что ведет к увеличению токопотребления.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство бесконтактного путевого выключателя (Виленский П.И., Срибнер Л.А. «Бесконтактные путевые выключатели», 1985), состоящее из осциллятора, амплитудного детектора, аналогового компаратора и выходного транзисторного ключа. Недостатком данной схемы является работа осциллятора на полевом транзисторе, что приводит к увеличению необходимого рабочего напряжения. В схеме осциллятора отсутствуют элементы температурной компенсации, что приводит к работоспособности в узком диапазоне температур. Также пороговое устройство не предусматривает подстройку расстояния активации, а в выходном каскаде реализована схема только для формирования сигнала типа открытый коллектор.

Задачей заявляемого изобретения является реализация датчика приближения индуктивного, работающего в широком диапазоне температур при различных входных напряжениях с возможностью настройки расстояния срабатывания, с защитой при подключении питания обратной полярности, а также с конфигурируемым выходным каскадом с сигналами токовая петля, двоичный выход, открытый коллектор.

Для решения поставленной задачи в схему индуктивного путевого выключателя, содержащего осциллятор, подключенный к внешнему источнику питанию и компаратору, управляющему выходным каскадом, введены входной диод, стабилизатор напряжения, шунт, регулируемый источник опорного напряжения, подключенный к пороговому устройству, а также унифицирован выходной каскад, состоящий из первого элемента и второго элемента.

На фигуре 1 представлена структурная схема датчика приближения индуктивного, где 1 - входной диод, 2 - стабилизатор напряжения, 3 - осциллятор, 4 - чувствительный элемент, 5 - элемент термостабилизации, 6 - частотозадающий элемент, 7 - шунт, 8 - компаратор, 9 - регулируемый источник опорного напряжения, 10 - конфигурируемый выходной каскад, 11 - первый элемент, 12 - второй элемент.

Входной диод 1 подключен ко входу напряжения питания датчика приближения индуктивного, а выход входного диода 1 подключен ко входу стабилизатора напряжения 2. Выход стабилизатора напряжения 2 подключен ко входам шунта 7, компаратора 8, регулируемого источника опорного напряжения 9, конфигурируемого выходного каскада 10, состоящего из первого элемента 11 и второго элемента 12.

Шунт 7 служит для отслеживания тока потребления осциллятора 3 и подключен первым выходом к нему через вход частотозадающего элемента 6, которой задает частоту осциллятора 3. Частотозадающий элемент 6 первым выходом подключен ко входу элемента термостабилизации 5, выход которого подключен к чувствительному элементу 4. Чувствительный элемент 4 и частотозадающий элемент 6 связаны двунаправленной связью. В совокупности чувствительный элемент 4, элемент термостабилизации 5 и частотозадающий элемент 6 образуют осциллятор 3.

Изменение тока потребления осциллятора 3 создает уровень напряжения на втором выходе шунта 7, который подключен к первому входу компаратора 8. Ко второму входу компаратора 8 подключен выход регулируемого источника опорного напряжения 9. Выход компаратора 8 подключен ко входу конфигурируемого выходного каскада 10, формирующего выходной сигнал.

На фигуре 2 показано, как, изменяя конфигурации первого элемента 11 и второго элемента 12 конфигурируемого выходного каскада 10, можно получать выходные сигналы различного типа. При установке резистора первым элементом 11 и транзистора вторым элементом 12 можно формировать выходной сигнал токовая петля (фиг.2, а), который характеризуется изменением тока потребления датчика приближения индуктивного при изменении положения мишени. При установке транзистора первым элементом 11 и резистора вторым элементом 12 можно формировать выходной сигнал двоичный выход (фиг.2, б), характеризующийся состоянием напряжения питания - подтяжка к общему проводу. При установке только второго элемента 12 можно формировать выходной сигнал открытый коллектор (фиг.2, в).

Датчик приближения индуктивный работает следующий образом. Для начала работы на вход устройства подается напряжение, которое проходит через входной диод 1, предназначенный для защиты от подачи питающего напряжения обратной полярности. Затем ток попадает в стабилизатор напряжения 2, где преобразуется до уровня необходимого для обеспечения работоспособности устройства, и поступает на шунт 7, компаратор 8, регулируемый источник опорного напряжения 9 и конфигурируемый выходной каскад 10.

Ток, поступивший на шунт 7, проходит через вход частотозадающего элемента 6, а затем через элемент термостабилизации 5 и попадает в чувствительный элемент 4. Чувствительный элемент 4 является катушкой индуктивности из двух последовательных намоток на чашечном ферритовом сердечнике и реагирует на приближение мишени, изменяя глубину обратной связи в осцилляторе 3 и влияя на частотозадающий элемент 6, тем самым уменьшая ток потребления осциллятора 3. Элемент термостабилизации 5 служит для уменьшения влияния изменения температуры внешней окружающей среды на добротность чувствительного элемента 4.

Напряжение на втором выходе шунта 7 меняется из-за изменения потребления тока осциллятора 3 при приближении или удалении мишени в соответствии с графиком, представленным на фигуре 3, после чего это напряжение подается на первый вход компаратора 8.

Компаратор 8 сравнивает напряжения с шунта 7 и регулируемого источника опорного напряжения 9, который необходим для настройки расстояния срабатывания датчика приближения индуктивного в зависимости от требований к расстоянию обнаружения мишени. По достижению напряжения на втором выходе шунта 7 равному или больше полученного с выхода регулируемого источника опорного напряжения 9 компаратор 8 формирует управляющий сигнал на конфигурируемый выходной каскад 10.

Сигнал от компаратора 8 попадает на конфигурируемый выходной каскад 10 и изменяет его состояние в зависимости от конфигурации первого элемента 11 и второго элемента 12.

Таким образом, изобретение позволяет получить датчик приближения индуктивный, работающий в широком диапазоне рабочих напряжений и рабочих температур благодаря стабилизатору напряжения и элементу термостабилизации. Возможность получения выходных сигналов различного типа расширяет применяемость изделия. Осуществлена защита от подачи питающего напряжения обратной полярности с помощью входного диода и возможность настройки расстояния срабатывания за счет регулируемого источника опорного напряжения.

Список использованной литературы:

1. Патент Российской Федерации №2036434, МПК G01D 5/22, дата приоритета 10.06.1992.

2. Патент Российской Федерации №2367968, МПК G01R 29/12, дата приоритета 30.01.2008.

3. Патент Российской Федерации №2745385, МПК G01D 5/22, дата приоритета 07.08.2020.

4. «Бесконтактные путевые выключатели», Виленский П.И., Срибнер Л.А., 1985.

Изобретение относится к электронной технике, предназначенной для обнаружения мишеней из слабомагнитных металлов, и может быть использовано в системах контроля механизации при определении начальных, промежуточных и конечных положений механизмов. Техническим результатом заявляемого изобретения является широкий диапазон рабочих напряжений и температур, возможность настройки расстояния срабатывания, защита при подключении питания обратной полярности, конфигурируемый выходной каскад с сигналами токовая петля, двоичный выход и открытый коллектор, что позволяет расширить применяемость изделия. 3 ил.

Датчик приближения индуктивный, содержащий осциллятор, подключенный к внешнему источнику питания и компаратору, отличающийся тем, что содержит чувствительный элемент, элемент термостабилизации и частотозадающий элемент, которые входят в состав осциллятора, входной диод, подключенный к стабилизатору напряжения, регулируемый источник опорного напряжения, шунт, конфигурируемый выходной каскад, состоящий из первого элемента и второго элемента, позволяющий формировать выходные сигналы различного типа: токовая петля, двоичный выход или открытый коллектор.