Емкостная преобразовательная система Советский патент 1992 года по МПК G08C19/10 

Изобретение относится к устройствам передачи и приема информации и может быть использовано для регистрации сигналов измерительных устройств, расположенных на объектах, имеющих возможность перемещения относительно регистратора.

Целью изобретения является повышение точности измерения путём обеспечения независимости коэффициента передачи преобразовательной системы от взаимного положения приемного и передающего устройств.

На фиг. 1 показана конструкция емкостной преобразовательной системы; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1. s

Емкостная преобразовательная система состоит из передающего устройства, размещенного на ударнике 1 цилиндрической формы. Электроды 2 передающего устройства изолированы друг от друга и расположены на первом диэлек&Ј.

рическом основании 3, выполненном п виде полого цилиндра, ппотно охватывающего ударник Система содержит приемное устройство, диэлектрическое основание 4 которого выполнено также в виде полого цилиндра и с зазором охватывает мишень 5. Электроды 6 приемного устройства изолированы друг от лруга и расположены на диэлектрическом основании 4. Диэлектри-/ ческое основание 4 охватывает диэлектрическое основание 3, которое имеет возможность перемещения относительно диэлектрического основания 4. Электроды 6 приемного устройства вы полнены из четного количества идентичных параллельных оси цилиндри-

ческого диэлектрического основания электропроводящих пластин 7, расположенных {на диэлектрическом основании 4 с равными интервала- .„ми, соединенных через одну и

С

$9Ш&

Сл О©

00

«А,

10

15

20

25

од« П|-пченммх к я ходу регистра-тора R. Зчрктроды 2 передающего стройства выполнены т четного количества идентичных параллельных оси цилиндра диэлектрического основания 3 электропроводящих пластин 9, рас- псложенных на диэлектрическом осно™ панин 3 с ранными интервалами, соединенных черед одну и подключенных к выходу измерительного устройства 10, например акселерометра.

Интерпалы электропроводящими пластинами как приемногоs так и передающего устройств много меньше длин , 1 соггвгтс i ГРЫЮ электропроводящих ппастпп „ Лнз -тк гшческое осно- панно прррцяччтчч-о устройства 3 располагается тачпм обратом, чтобы минимальное рао-тонние между обращенными п одну с г огону -горцами цилинд- ров pamwocf у/посн; ой длине пластин электродов мн /трспнего циличдра 1 Длина иластч 1 наружного цилиндра LJ, т,е электрОДОР приемного устрой- стиПу превышает диапазон возможных отмесит -льных продольных перемещений ЦИЛИНДРОВ лг яелпчпну не менее. чем 5i. Диаметр D IM j-jv iio -o цилиндра пргпЫ1 Мет удпоенчую умч/ диаметра яиутрсчгего нилпндрг d и диапазона пооиожчых попсрочн ;-, относительных перст епе пн цпг Ннпрчи

Устройство ра(5о от с тедукпгм обрачог1.

При сблияенни ударника I с поверх-35 Ностью юнзепи Ь пергюо диэлектрическое основание 3} охратывающее ударник, с расположенными на нем электродами 2 входит и ирос ранстпо, охватываемо пторъ м ,п1зл тстрнческ -1м основанием А „ Mt гг :1ГРктт). рас- поло ;енньг51Т на гн р ом и втором д,и- электрическю основаниях, устанав™ ливается емкосппя пязь, Поскольку длина пыступар ирй над поверхностью мишени 5 части эпек -родов 6 приемного устройства бопер че i в дча раза превышает длину электт тдон 1s расположенных на первом эсновашш 3, то на момент начала лзаимэдействия ударника с мнтеныо пегичича емкости методу электродами остсетс 1. постоянной и не зависит от относительного положения двух диэлектрических оснований.

Коэффициент передачи напрякения 55 емкостного преобразователя также является постоянно величиной. При взаимодействии ударника 1 с мишенью

30

40

45

50

R784

S датчик 10 формирует импульс напряжения, содержащий информацию о параметрах движения ударника 1 в мишени 5. Выводы измерительного устройства 10 соединены с первым и вторым электродами 2, расположенными на ударнике 1. Таким образом, создается разность

0

5

0

5

5

5

0

0

5

0

потенциалов на электродах 2 в результате чего вблизи поверхности ударника 1 формируется переломное электрическое поле. Взаимодействие этого поля с электродами 69 расположенными на втором диэлектричес- ком основании 4s приводит к возникновению разности потенциалов va электродах 6 „Форма импупьса напряженкя на электродах второго основания 4 совпадает с формой импульса на выходе измерительного устройства Ю„ Амппитуда этих импульсов отличается в k раз, где k - коэффициент передачи емкостной преобразовательной системы.

Таким образом, регистрируя сигнал, возникающей на электродах второго диэлектрического основания, и знал коэффициент передачи системы k, определяют сигнал датчика.

Основным параметром, влияющим на точность передачи сигнала емкостной преобразовательной системой, является изменение коэффициента передачи k при взаимном перемещении приемного и аередающего устройстз.

Значение коэффициента передачи является функцией величин электричес1- ких емкостей между электродами приемного и передающего устройств. t

Для обеспечения высокой точности измерения необходимо, чтобы величина k оставачгсь постоянной при изменении взаимного положения первого 3 и второго 4 диэлектрических оснований, а именно при перемещении ударника 1 (вместе с первым диэлектрическим основанием 3) в процессе торможения в мишени 5, при вращении ударника вокруг своей оси, при неточном по- падании, когда ось симметрии ударника смещена относительно оси симметрии второго диэлектрического основания на величину о . Постоянство коэффициента передачи .обеспечивается конструкцией электродов и диэлектрических оснований. Выполнение электродов из четного числа идентичных пластин1,сое«- динекнмх через один и расположенных с равными промежутками в радиальном наноавленииг, обеспечивает симметрию

эг

электрического поля в зазоре между первым и вторым диэлектрическими основаниями. При смещении оси симметрии ударника относительно оси симметрии второго диэлектрического основания изменяется взаимная частичная емкость между пластинами, расположенными на первом и втором ди злектрическня оснон-зниях. Однако при смещгнзт емкость между сближающимися пластинами увеличивается, а между удаляющимися пластинами уменьшается. Пластины-соепинены через одну поэтому емкость между электродами первого и второго оснований не изменяется .- По этой же причине (за счет круговой симметрии электрического поля) остается неизменной емкость между электродами при вращении ударника относительно своей осн. Постоянство емкости между -электродами диэлектрических оснований означает постоянство коэффициента передачи.

При поступательном движении ударника относительно второго диэлектрического основания необходимо обеспе- чить отсутствие влияния краевых эффектов на торцах электродов, охватывающих мипень.

Для этого указанные электроды выполнены выступающими над поверхность мкшени в направлении движения ударника. Тогда в момент удара электроды первого диэлектрического основани оказываются удаленными от торца электродов, расположенных на втором основании. Длина выступающей части электродов выбирается из условия изменения коэффициента передачи при поступательном движении ударника менее чем на 1%.

Анализ совокупности эксперименталных данных показал, что необходимые соотношения, размеров электродов приемного и передающего устройств, расположенных на первом и втором диэлектрических основаниях, обеспечивающие при смещении ударника минимальное изменение коэффициента передачи, удовлетворяют следующим соотношениям:

. X + 51 Ј L;

N 21;

D г 2(d + {),

где 1 - длина пластин внутреннего

цилиндра;

L - длина 1 пластин наружного цилиндра ;

Ю

15

25

Я78

X - диапазон возможных отгогн- теггьиых продольных перемещений цилиндров;

N - минимальное расстояние между обращенными в одму сторону торцами цилиндров; D - диаметр наружного цилиндра; d - диаметр внутреннего цилиндра; cv - диапазон возмою ьк отниси- Te ii-i.t-Tx поперечных перемещр- нлй цпгшндров.

Величина заглубления определяется условиями опыт (скорость, характеристики материалов удчрнчка и мишени.

Выптченне указанного соотношения метчду длиной электродов передающего и приемного устройств и глубиной проникания обеспечивает постоянство 2Q коэффициента передачи вплоть до остановки ударника.

Формула изобретения Емкостная преобразовательная система, содержащая передающее ус ронст- во, состоящее из изолированных друг от друга двух электродов, подключенных к выходу измерительного устройства и выполненных в виде ндентич- параллельных электропроводящих пластин, расположенных л первом диэлектрическом основании с равными интервалам, приемное устройство, состоящее из изолированных друг от 1 друга пвух других электродов, под ключей™ 35 них к входу регистрирующего устройства и выполненных в виде идентичных параллельных электропроводящих пластин, расположенных на втором диэлектрическом основании с равны- 40 ми интервалами, причем первое

дитчектрическое основание расположено с возможностью перемещения относительно второго диэлектрического ог- чопания, а интервалы между электро- 45 лроводярхими пластинами приемного и передающего устройств меньше длины электропроводящих пластин, о т л и- чающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения путем 50 обеспечения независимости коэффициента передачи преобразовательной системы от взаимного положения приемного и передающего устройств, оба диэлектрических основания выполнены в виде 55 полых цилиндров, причем один из цилиндров охватывает другой, каждый пз электродов приемного и передающего устройсув выполнен из четного количества электропроводящих пластин,

30

соединенных электрически; через одну и параллельных оси цилиндров,, причем размер элементов сшпемы связаны соотношениями5

Xt+ 51 Ј L,

где 1 длина пластин внутреннего цилиндра;

L - длина пластин наружного цилиндра;10X - диапазон возможных относитель- них продольных перемещений

цилиндров, N 21,

где N - минимальное расстояние между обращенными в одну сторону торцами цилиндров, D 2(d + еГ);

где D - диаметр наружного цилиндра; d - диаметр внутреннего цилиндра; ( - , диапазон возможных относитейь iных поперечных перемещений ,цилиндров.

5

v

:V

--Л./ЧЧ 7

., y -x

..ч-ХЯ

: -v - 5h

-ч 4--Av, /, - ч- ч 4 V

v

U:ади г

Изобретение относится к устройствам передачи и приема информа - . ции и может быть использовано для регистрации сигналов измерительных устройств, расположенных из объектах . перемещающихся относительно регистратора. Преобразовательная система состоит из приемного устройства, соединенного с регистратором, и передающего устройства, соединенного с измерительным датчиком. Передача сигнала осуществляется за счет емкостной связи между электродами приемного и передающего устройств. Точность измерения достигается постоянством коэффициента передачи и обеспечивается соотношениями размеров эле™ ментов конструкции. 2 ил.