Устройство для определения зазора между электромагнитом и токопроводящей реактивной шиной Советский патент 1992 года по МПК G01R33/02 G01B7/14 

Изобретение относится к транспорту и машиностроению и используется для измерения расстояния в магнитных подшипниках и магнитных подвесках для регулирования положения несущих и управляющих магнитов в технике подвижного со- „става на магнитной подвеске, где необходимо непрерывно определять положение магнита для того, чтобы поддерживать его в подвешенном состоянии на заранее заданном расстоянии.

Известно устройство для измерения ве- личины воздушного зазора, охватывающее большой участок реактивной, шины и имеющее недостаток, заключающийся в больших геометрических размерах.

Общим для.всех известных устройств ялдяется то, что не осуществляется надежного контроля за соответствующим расстоянию сигналом чувствительного элемента. Следствием этого является то, что при возникновении неисправности внутри чувстви- тельного элемента его сигнал может принять значение, которое соответствует большому удалению чувствительного элемента от реактивной шины, в та время как фактическое удаление невелико.

При использовании измерения расстояния в магнитной подвеске ошибка, заключа- ющаяся в том, что при небольшом механическом расстоянии выдается соответствующий большому расстоянию сигнал, приводит к сильному возбуждению магнита для уменьшения расстояния и, вследствие этого, к соприкосновению магнита и магнитной реактивной шины при большом магнитО 00

СП

со

ном усилии нажима. Это представляет значительный риск с точки зрения безопасности.

Цель изобретения - повышение надежности и достоверности определения зазора.

На фиг. 1 схематично показано расположение чувствительного элемента, в устройстве; на фиг. 2 - эквивалентная схема чувствительного элемента; на фиг. 3 - функциональная схема устройства; на фиг. 4 - диаграммы работы устройства; на фиг. 5 - вариант функциональной схемы устройства с возможностью надежного контроля чувст- вительного элемента; на фиг. 6 - схема измерения разностного тока катушек; на фиг. 7 - схема блока разделения активной и реактивной составляющих тока.

В представленном кафиг.1 устройстве между полюсами 1 электромагнита 2 расположен чувствительный элемент 3 таким об- разом, что катушка 4 чувствительного элемента 3: обращена к ферромагнитной реактивной шине 5, относительно которой должно определяться расстояние для случая, когда необходимая температурная ком- пенсация осуществляется не с помощью других средств, например соответствующих резисторов, в катушке 4 целесообразно расположить еще контрольную катушку 6. Она обращена к металлическому экрану 7 и поэ- тому не подвержена влиянию-реактивной шины 5. Кроме того, металлический экран 6 выполняет задачу экранирования магнитного поля чувствительного элемента 3 в направлении не изображенной магнитной катушки магнита 2, чтобы получить сигнал чувствительного элемента 3, независимый от места установки чувствительного элемен- та 3 в магните 2.

Катушки 4 и 6 выполнены предпочти- тельно на платах с печатным монтажом.

Эквивалентная схема одной из катушек 4 или 6 (фиг. 2) содержит активное сопротивление R(S) 8, которое в катушке 4 зависит от расстояния S и от температуры V, и она содержит реактивное сопротивление X(S) 9, которое в катушке 4 зависит от расстояния зазора S, а в катушке 6 не зависит от расстояния S. Полный импеданс Z 10 образован параллельным соединением активного .со- противления R(S)8 и реактивного солротив- ления X(S) 9. При питании напряжением V 11 через активное сопротивление R(S) протекает активный ток lw 12, а через реактивное сопротивление X(S) протекает реактивный ток (в 13.

Катушка 4 с импедансом Zs 10 (фиг. 3) образует совместно с добавочным импедансом Zvs 14, переключателем 15, источником 16 питающего напряжения и узлом 17 измерения тока замкнутую электрическую цепь измерительной катушки. Сигнал измеренного тока подается с выхода 18 чувствительного элемента 3 к точке 19 коммутации, которая с помощью переключателя 20, образующего с конденсатором 21 удерживающее звено, передает на выход 22 непрерывный сигнал зазора.

Принцип надежного контроля функционирования чувствительного элемента состоит в возбуждении элемента 3 тактирующим коммутационным сигналом 23, который генерируется генератором 24 тактовых импульсов при сравнении эталонного импульса, образованного из ответного сигнала возбуждения чувствительного элемента 3, с эталонным импульсом, образованным собственно возбуждением.

Для этого переключатель 15 (фиг. 3) периодически приводится в действие сигналом TI 23. В результате получается периодическое изменение величины тока а между фактическим, зависящим от расстояния до реактивной шины, измеренным значением, и установленным посредством добавочного импеданса Zvs 14, которое соответствует заранее заданному минимальному расстоянию. Это периодическое изменение отображается в сигнале U 25 в точке переключения 19.

Сигнал U 25 подводится к блоку 26 компараторов, который-подключен к блоку 27 для получения напряжений, которые соответствуют допустимым величинам минимального зазора соответственно минимального расстояния.- В блоке 26 компараторов производится сравнение между напряжениями, которые соответственно подводятся к одному входу компараторов 28-31, и напряжениями, которые генерируются в цепи 32 блока 27, образованной резисторами.

Сигнал U 25 подводится к компаратору 28, в котором производится сравнение с приложенным к цепи 32 напряжением Уз33. Кроме того, с помощью переключателей 34- 36 блока 27 генерируются сигналы, которые подводятся к компараторам 2-9-31, дают диаграмму 37 сигналов (фиг. 4) и соответствуют напряжениям Ui 38, U2 39,11з 33, Ш 40 и Us41.

На фиг. 4 показаны тактовые сигналы Ti-T4, которые генерируются генератором 24 тактовых импульсов.

Такты TI определяют режим работы Измерение (переключатель 15 замкнут) и Контроль11, когда переключатель 15 разомкнут.

В режиме Измерение сигнал на проводе 42 во время такта Т г Л3 через замкнутый тргда переключатель 35 получает знача ние Ui 38. Благодаря этому цепь 32 контролируется в том отношении, что напряжение Ui 33 имеет величину ниже образованного напряжением U2 39 порога. Во время такта Т4 4.4 сигнал на проводе 42 получает значение Us 41. Благодаря этому цепь 32 контролируется в том отношении, что напряжение Us41 выше образованного напряжением U4 40 порога. Во время такта Т2 45 сигнал на проводе ,42 принимает значение U 25. Тем самым, в режиме Измерение определяется, находится ли выходной сигнал чувствительного элемента внутри рабочего диапазона, определенного пороговыми значениями Уз 33 и U4 40.

В режиме Контроль во время тактов Тз

43и Т« 44 получается такая же характеристика сигнала, что и в режиме Измерение. Во время такта Т2 45 определяется, находится ли сигнал чувствительного элемента U 25 внутри диапазона, характеризуемого пороговыми значениями U2 39 и Оз 33. Благодаря этому производится контроль по электрическим параметрам, так как в режиме Контроль сигнал, соответствующий ми нимальному расстоянию, должен находиться между допустимыми границами U2 39 и Us 33.

Изображенные на фиг. 4 диаграммы тактовые напряжения Ti 23, Т2 45, Тз 43, Тд

44генерируются в генераторе 24 тактовых импульсов. Непосредственный контроль работы чувствительного элемента производится посредством соединенного с блоком 26 компараторов и тактовым генератором 24 блока 46 распознавания состояния компараторов. Этот блок 46 содержит две логит ческие схемы 47 и 48, которые из появляющихся соответственно на выходах компараторов 28-31 и на выходах генератора 24 тактовых импульсов сигналов образуют диаграмму тактовых импульсов, .которые, например, так согласованы один с другим, что при каждом такте Т4 образуемые обеими логическими схемами 47 и 48 диаграммы тактовых импульсов одинаковы. Обе диаграммы тактовых импульсов сравниваются компаратором 49. Как результат этого сравнения, на выходе 50 устройства 46 появляется сигнал, который изменяет свое состояние при выходе минимального расстояния за нижний предел, или при погрешностях в чувствительном элементе. .

Схема на фиг. 5 содержит два электрически независимых канала, состоящих из схем согласно фиг. 4, причем первый (второй) канал содержит чувствительный элемент 3.1 (3.2).блоки 26.1 и 27,1/26.2 и 27.2). генератор 24.1 (24.2) тактовых импульсов,

логические схемы 47.1 и 48.1 (47.2 и 48.2) и компаратор 49.1 (49.2). Добавлена еще одна логическая схема 51, выходной сигнал 52 которой изменяет логическое состояние тогда, когда один из каналов имеет погрешность, или же минимальное расстояние выходит за нижний предел. При этом эти схемы соединены таким образом, что компаратор 49.1 сравнивает импульсные диэграм0 мы логических схем 47,2 и 48.1, а компаратор 49.2 - импульсные диаграммы логических схем 47.1 и48.2. На вы ходах 22.1 и 22.2 появляются сигналы, зависящие от расстЪяния.

5 Согласно изобретению предусмотрена контрольная катушка 6 с импедансом ZR 53 для температурной компенсации (фиг. 1,6), с вторым добавочным импедансом ZVR 54, вторым источником 55 переменного напря0 жения и третьим переключателем 15. Цепь через узел 56 измерения разностного тока подключается к цепи катушки 57 чувствительного элемента таким образом, что на основе указанных положений фаз напрлже5 ний источников 16, 55 (фиг. 6) в узле 56 измерения регистрируется разностный ток , который в основном независит от температуры. В этом случае цепь катушки 57 используется в обведенном рамкой на фиг.

0 3 блоке, так что на выходе 18 появляется сигнал, соответствующий величине is-inЧтобы исключить влияние пазов реактивной шины 5 (фиг. 1) в устройстве предусмотрена схема (фиг. 7). которая включена

5 между выходом 18 и точкой 19 схемы в соот- ветствии с фиг. 3.

Схема предназначена прежде всего для определения сигналов постоянного напряжения, соответствующих активной и реак0 тивной составляющим разностного тока IS.HR с помощью напряжения питания.

Сигнал разностного тока подводится к переключателю 58 для демодуляции активной составляющей разностного тока и

5 к переключателю 59 для демодуляции реактивной составляющей разностного тока. Соответствующие, сдвинутые на .90° по фазе, коммутационные сигналы получаются в компараторе 60 из питающего напряжения.

0 Совпадающий по фазе с питающим напряжением прямоугольный сигнал управляет переключателем 58, а отстающий по фазе на 90° сигнал управляет переключателем 59. Выходной сигнал переключателя 58 сглажи5 вается в фильтре 61 и дает сигнёл lw, соответствующий активной составляющей разностного тока. Выходной сигнал переключателя 59 сглаживается в фильтре 62 и дает сигнал IB, соответствующий реактивной составляющей разностного тока.

Сигналы Iw и IB через звенья 63 и 64 задания коэффициентов подводятся на сумматор 65, суммарной сигнал с которого подводится к точке 19 схемы. Значение этой суммирующей схемы вытекает из того обстоятельства, что выполненные в реактивной шине 5 согласно фиг. 1 пазы оказывают различное влияние на сигналы Iw и IB, причем зависящее от расстояния влияние на оба эти сигнала одинаково. Минимальное влияние пазов получается при приведенной в соответствии с пазами реактивной шины оценке с помощью коэффициентов Kw и Кв звеньев 63 и 64 задания коэффициентов, которые, например, состоят из усилителей в соответствии изменяемыми коэффициентами усиления. Схема .в соответствии с фиг. 7 предназначена для деления, взвешивания и последующего суммирования выходного сигнала измерительной цепи или цепи катушки чувствительного элемента, она может быть использована также тогда, когда не требуется применение контрольной катушки 6.

Формула изобретения 1. Устройство для определения зазора между электромагнитом и токопроводящей реактивной шиной, содержащее измерительную цепь, выполненную из измерительной катушки, подключенной к источнику переменного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и Достоверности определения зазора, оно снабжено первым импедансом, первым переключателем, узлом измерения тока, генератором тактовых импульсов, блоком компараторов, блоком, формирования пороговых напряжений, блоком распознавания состояния компараторов, вторым переключателем и выходным конденсатором, причем параллельно соединенные первый импеданс и первый переключатель включены последовательно с узлом измерения тока в измерительную цепь, выход которой соединен с входами блока компараторов и через второй переключатель - с выходным

конденсатором, выходы блока формирования пороговых напряжений соединены с входами блока компараторов, а его выходы и выходы генератора тактовых импульсов подключены к входам блока распознавания

состояния компараторов, причем управляю- щие входы первого и второго переключателей подключены к первому и второму выходам генератора тактовых импульсов.

2.Устройство по п. 1, отличающее- с я тем, что оно снабжено блоком разделения активной и реактивной составляющих измерительного тока, двумя блоками масштабирования и сумматором, причем вход блока разделения активной и реактивной

составляющих тока подключен к выходу измерительной цепи, а выходы через соответствующие блоки масштабирования соединены с входами сумматора, выход которого соединен с входом блока компараторов.

3.Устройство по пп. 1и2, отличающееся тем, что оно снабжено контрольной катушкой, вторым импедансом, третьим переключателем и вторым источником переменного напряжения, причем второй источник переменного напряжения, второй импеданс и контрольная катушка соединены последовательно, параллельно второму импедансу включен третий переключатель,

второй источник переменного напряжения соединен с первым источником переменного напряжения, а контрольная катушка соединена с измерительной, при этом общая точка источников переменного напряжения

соединена с общей точкой измерительной и контрольной катушек через узел измерения тока.

Изобретение относится к транспорту и машиностроению и используется, в частности, для регулирования положения магнитов в магнитных подшипниках и подвесках в подвижном составе. Цель - повышение надежности и достоверности устройства измерения зазора между электромагнитом и токопроводящей реактивной шиной. С этой целью между полюсами электромагнита располагают чувствительный элемент, обращенный к реактивной шине, выполненный из измерительной и контрольной катушек, включенных на переменное напряжение, причем контрольная катушка имеет слабую индуктивную связь с шиной. Разностный ток катушек используется для измерения расстояния магнита. Устройство включает измерительную цепь, блок компараторов, генератор тактовых импульсов, блок формирования пороговых напряжений, блок распознавания состояния компараторов и блок разделения активной и реактивной составляющих измерительного тока. Устройство позволяет повысить безопасность при работе с реактивной шиной. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. сл с

X

12

U

/

% 8

11

10

/

13

X(S) 3

rJlLJ-L

/ IA

us in

и, я

U7 38

m

./

Риг.6

: ; ,, Г f -I-1 k .

2R-rZvs ZR+Zv-J fi/