Преобразователь перемещений Советский патент 1985 года по МПК G01B7/00 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может быть использовано, в частности, при измерениях линейных размеров, линейных или угловых перемещений и деформаций. Известны преобразователи линейны угловых перемещений, вьшолненные в виде воздушных трансформаторов и называемые индуктосинами Q . При высокой стабш1ьности характеристик при большом сроке службы и незначительной силовой реакции при относительном смещении подвижны частей индукторов. Известные преобразователи имеют относ|1тельно низкий уровень выходно го сигнала, чувствительность к пере косу плоскостей обмоток, а также индуктивную связь между вспомогател ными проводниками, соединяншщми активные проводники обмоток индукто сина. Эта связь обуславливает появление паразитной составляющей в выходном сигнале индуктосина, которая искажает информацию об измеряемом перемещении. Известен преобразователь перемещения типа индуктосин, в котором вышеуказанный паразитньй сигнал све ден к минимуму в результате того, что вспомогательные соединительные проводники, связывающие активные проводники обмотки, исключены. В этом преобразователе обмотки выполнены в виде двух- или многозаходных электропроводных дорожек, идущих вокруг и вдоль цилиндрического (или трубчатого) опорного элемента и соединенных между собой на конце этого элемента. Витки обмоток перекрепщваются в пространстве подобно перекрещиваниям двух- или многозаходной резьбы. Сечение опорного элемента может быть не только круглым, но и овальным или прямоугольном 2} .. Недостатком преобразователя явля ется сложность и трудоемкость изготовления , а также большие габариты обусловленные объемностью его конст рукции. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является преобразователь перемещений, имеющий два установленных с возможностью взаимного перемещения плоски 93 2 элемента с индуктивно связанными секционированными обмотками з . Обмотки выполнены в виде П-образных зигзагов и имеют соединительные участки, которые связывают активные участки зигзагов, ориентированные перпендикулярно направлению измеряемого перемещения, и расположены в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения активных участков обмотки. Благодаря этому паразитная индуктивная связь между соединительными участками обмотки, хотя и уменьшается, но все же имеет место и оказьгоает влияние на точность измерения перемещений. / Цель изобретения - повьш1ение точности измерения перемещений. Поставленная цель достигается тем, что в известном йреобразователе секции обмоток на обоих элементах выполнены двухслойными -в форме соединенных между собой одними концами треугольных зигзагов одинаковой высоты, одна сторона каждого из которых лежит в одном слое, а вторая в другом слое, соседние проводники в каждом слое принадлежат различным секциям, проводники каждого слоя на одном из элементов параллельны проводникам одного из слоев на другом элементе. На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схема преобразователя для измерения линейных перемещений; на фиг. 2 - схематичное выполнение обмотки одного из элементов преобразователя для измерения угловых перемещений на фиг. 3 - схематичное выполнение трехсекционной обмотки; на фиг. 4 - последовательные этапы технологического изготовления обмотки. Преобразователь содержит относительно подвижные плоские элементы 1 и 2, несущие на себе секционированные обмотки (составляющие их проводники обозначены на фиг. 1-3 позициями 3-7) и обладающие возможностью перемещаться параллельно один другому (при сохранении неизменным воздушного промежутка между ними) в направлении, указанном стрелкой. Обмотки на обоих подвижных элементах в форме соединенных между собой одними концами треугольных зигзагов выполнены идентично, а проводники их уложены в два слоя (в первом слое - проводники 3, во втором слое - провоцники 4). Как показано на фиг. 1, обмотки на обоих подвижных элемента преобразователя выполнены двухсекционными, причем на одном из йих (п вом) секции обмоток питаются двухфазным напряжением переменного тока а на втором - обе секции, соединенные последовательно, формируют на своих выходных зажимах выходной сиг нал преобразователя. Проводники 3j верхнего слоя первой секции обмотки первого подви ного злемента соединены по концам с проводниками 4тt той же секции, лежащими в другом слое. Места 5 кон тактов этих проводников расположены на противоположных боковых краях несущего злемента 1. Проводники верхнего слоя второй секции обмотки этого же злемента преобразователя соединены с соответствующими провод никами 1,11 другого слоя, причем те и другие расположены между проводниками первой секции, т.е. проводники различных секций чередуются в обоих слоях обмотки. Аналогично выполнены секции обмо ки на втором несущем элементе преоб разователя. В верхнем слое обмотки этого элемента, обращенном к верхне му (.первому) . слою первого элемента, ра:сположены проводники Зц j первой секции и 3 П 11 второй секции, в нижнем слое - проводники ц j а первой секции и ц ц второй сек4ции. В различных вариантах конструктивного выполнения преобразователя в рабочем положении его несущих, элементов (фиг. 1) проводники одного из слоев обмотки на одном злементе преобразователя располагаются параллельно проводникам любого одного из слоев на другом несущем элементе. От зтого зависит величина коэффициента трансформаторной связи между соответствующими секциями обмоток. Межсекционные соединительные проводники б д6 ;jjи , 6jj ц на первом и втором несущих элементах преобразователя соответственно расположены на каком-либо из концов этих элементов и имеют небольшую длину. Выводы 7 секций обмоток расположены на противополож ном конце соответствующего несущего элемента. Обмотки могут быть выполнены по любой технологии, обеспечивающей контакт проводников 3 и 4, принадлежащих различным слоям одной секции на участках 5 (по краям несущего элемента), и отсутствие Контакта в промежуточных точках 8 пересечения проводников различных слоев различных секций (фиг. 3). В преобразователе для измерения угловых перемещений проводники могут быть выполнены как радиальными, т.е. сужающимися к центру, как изображено на фиг. 3, так и с постоянной по длине щириной. Пример выполнения обмотки по планарной технологии показан на фиг. 4, где изображены последовательные стадии ее изготовления. После нанесения на подложку злемента 1 слоя проводника (алюминия, серебра или золота) про.водится первая фотолитография, в -результате чего на подложке образуется серия проводников 4. Вид ее после удаления фоторезиста показан на фиг. 4 (а). Далее наносится изоляционный слой 9 (обычно окись кремния), в котором (фиг.48 ) повторной фотолитографией вскрываются контактные участки 5. После нанесения второго проводящего слоя и проведения третьей фотолитографии образовывается серия проводников 3, контактирующая с проводниками 4 и зоне контактных участков 5 и защищаемая от нежелательных контактов в промежуточных точках 8. Преобразователь работает следующим образом. При относительном перемещении его подвижных элементов происходит периодическое изменение взаимной индуктивной связи между обмотками, размещенными на этих элементах. Относительное перемещение, равное удвоенному расстоянию между проводниками одной и той же секции обмотки, лежащими в одном и том же слое, создает полный цикл изменения коэффициента взаимной индукции, а следовательно и величину ЭДС, индуктированную в последовательно соединенных секциях второго несущего элемента 2. Основной вькодной сигнал формируется в проводникак. 3jj и Зцд верхнего элемента 2. Очевидно, что ток, протекающий по лежащим во втором слое проводникам 4 j первой секции и 4 j j. второй секции первого несущего элемента, которые можно рассмат ривать как соединительные для провод НИКОВ 3 не индуктирует 3i ЭДС в проводниках первого слоя - j второго несушего элемента так как эти проводники несколько раз пересекают в пространстве указанные проводники с противоположным направлением тока в них. Однако ток в этих проводниках индуктирует ПО7 лезный сигнал с соответствующих проводниках 4 второго слоя второго несущего элемента, поскольку онисмещаются друг относительно друга эквидистантно. Указанный выходной сигнал суммируется с основным, индуктированным в проводниках первого слоя, обеспечивая увеличение суммарного уровня выходного сигнала преобразователя.. Таким .образом, в предлагаемом преобразователе обеспечивается устФи&.2 ранение паразитного сигнала помехи, обусловленного взаимодействием соединительных проводников между активными основными проводниками обмотки, при сохранении малых габаритов (за счет плоской конструкции) и высокой технологичности конструкции (благодаря возможности использования планарной технологии изготовления ). При указанном вьтолнении преобразователя одновременно снижается влияние перекоса плоскостей обмоток, поскольку проводники разных секций расположены рядом и перекос в ограниченных пределах приводит к одинаковому изменению индуктивной связи всех секций первичного элемента преобразователя с секциями, обмотки его вторичного элемента, что может повлиять на амплитудуиндуцируемого сигнала, но не на фазу, несущую И нформацию об измеряемой величине перемещении.

4ipf J Sjfff 3jrf 3ift SjfET

V

V

V V

r,rbiir,VfeV

/

fPi/6,3

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, имеющий два установленных с возможностью взаимного перемещения плоских элемента с индуктивно связанными секционированными обмотками, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, секции обмоток на обоих элементах выполнены двухслойными в форме соединенных между собой одними концами треугольных зигзагов одинаковой высо ты, одна сторона каждого из которых лежит в одном слое, а вторая - в другом слое, соседние проводники в каждом слое принадлежат различным секциям, проводники каждого слоя на одном из элементов параллельны проводникам одного 13 слоев на другом элементе.