Емкостный преобразователь угловых перемещений Советский патент 1992 года по МПК G01B7/30 

х| со

ю

4 СО

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования угла поворота и скорости вращения в синусоидальный сигнал, может быть использовано при измерении угловых перемещений и скорости вращения.

Известен кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, емкостный преобразователь, подстроечные конденсаторы, фазочувствительные детекторы, элементы НЕ и И, емкостный преобразователь соединен по мостовой схеме с трансформатором напряжения, который выполнен с дополнительной вторичной обмоткой, основная вторичная обмотка выполнена с отводами, каждый из которых через соответствующий подстроечный конденсатор соединен со средней пластиной емкостного преобразователя, крайние пластины которого соединены с началом и концом основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, сигнальный вход каждого фа- зочувствительного детектора подключен т раллельно соответствующему подстроеч- ному конденсатору, входы фазочувстви- тельных детекторов соединены с первыми входами соответствующих элементов И и через соответствующий элемент НЕ - с вторым входом предыдущего элемента И, опорные входы фазочуаствительных детекторов объединены и подключены к дополнительной обмотке трансформатора напряжения.

Недостатками кодирующего преобразователя угловых перемещений является низкая точность и сложность схемной реализации. Это объясняется тем, что в данном преобразователе фиксированные значения перемещения связаны пороговой зависимостью с выходным напряжением. Для увеличения точности измерения требуется увеличивать число порогов, что требует значительного усложнения схемы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них кольцевые электроды одинакового диаметра, образующие конденсатор связи с по- стоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, четные и нечетные из которых на статоре соединены параллельно в соответствующие группы, и высокочастотный генератор питания.

Недостатком известного преобразователя является низкая точность его работы.

Это объясняется малой разрешающей способностью преобразователя и низкой чувствительностью радиальных электродов к угловым перемещениям,

Малая разрешающая способность преобразователя связана с тем, что его выходным сигналом является последовательность импульсов. Наличие импульсов (или промежутков между импульсами) разной длитель0 ности свидетельствует о том, что произошло угловое перемещение роторе относительно статора на величину, равную у ловому шагу между радиальными электродами статора. Угловое же перемещение, не превышающее

5 по величине углового шага, не будет зафиксировано. Таким образом разрешающая способность преобразователя будет ограничена величиной, разной угловому шагу между радиальными электродами статора преобразователя.

0Низкая чувствительность радиальных

электродов к угловые перемещениям обус- псвлена тем, что радиальные электроды ротора {инд/ц рующ б электрод ы-создзю- щие электрическое поле) имеют заряд одно5 го знака и величины. Электрическое поле, создаваемое одкоименьо заряженными электродами, становится близким к однородному при удаг эний от электродов на расстояние, соизмеримое с зачиром между

0 электродами. При внесении в это злектриче- поле радчапьчых электродов (npi/,iv.Hbie электроды) нь ;.их будет индуци- оооатьея электрический заряд, сссгзетству- ,ощи; напряженности поля в местах их

5 расглложемия. Разность между минимальными и максимальными зьзче-нийми напряженное ги такогс моля невелика и уменьшается с увеличением расстояний v(.3,v индуцирующими и приемными элек0 грузами, поэтому иамепгние сигнала, снижаемого с радиалиных электродов (C/TI-VJI-J , j выходе мостовой схемы), соот- BaicT-e: ,-.o от минимума дэ MPxci iMViv a при перемещении ротора относительно статора

5 будет также незначительно.

Целью изобретения является повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что ем- оотный преобразователь угловых переме0 :цений, содержащий питающий высокочастотный генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на лих соответствующие кольцевые электроды одинакового диа5 метра, образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные v, нечетные радиальные электроды на статоое соединены параллельно v, объединены в две группы, снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевых электродов, диаметр которых отличен от диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, друмя амплитудными детекторами и суммирующим у„илитзлем, подключенным к выходу обеих амплитудных детекторов, радиальные электроды на роторе размещены с тем же шагом, что и радиальные электроды на статоре, и объединены параллельно в две группы аналогично группам радиальных электродов на статоре, последние подключены к входам соответствующего амплитудного детектора, а группы четных и нечетных электродов нз ротоое присоединены к делител.о напряжения через соответствующий конденсатор связи.

Предлагаемый преобразователь позволяет значительно повысить точность преобразования углового перемещения ротора относительно статора в электрический сигнал за счет уменьшения разрешающей спо- собчостг емкостного преобоазоратепя. Кроме тог -, выходной сип-о i преобразователя несет MI формацию об угловой скороди вращения относительно статооа,

Нэфиг,1 представлена струкгурная схема предлагаемого емкостного преобоазова- тллй угловых перемещении: на фиг.2 - конструктивное исполнение ггзтора и ротора преобрззоватрля

Преибразовслгель содеожмт высокочастотный генератор 1, к противофазным вы- ходзм которого подключен депитель 2 напряжения с заземленной средней точкой статос 3 v ротор 4, выполненные в виде диска, расположенные ча статоре 3 кольцевые обкладки 5 и 6 первого и второго конденсаторов связи соответственно четные 7 и нечетные 8 радиальные электроды статора 3, чередующиеся между ьсбой, расположенные с равномерным шагом и соединенные внутри групп параллельно, расположенные на роторе 4 кольцевые обкладки 9 и 10 первого и второго конденсаторов связи соответственно, четные 11 и нечетные 12 радиальные электроды ротора 4, вторые так же чередуются ме.чду собой, причем они расположены с равномерным шагом и соединены внутри групп параллельно. Четные радиальные электроды 11 ротора 4 свя- заны с кольцевой обкладкой первого конденсатора связи, а нечетные электроды 12 связаны с обкладкой 10 второго конденсатора связи. Преобразователь также содержит амплитудные детекторы 13 и 14, с

входами которых соединены соответственно нечетные 8 и четные 7 радиальные электроды статора 3, и суммирующий усилитель 15, выход которого является выходом преобразователя, а входы соединены с выходами амплитудных детекторов 13 и 14.

Блоки, используемые в данном преобразователе, быть изготовлены по из- зестным схемам на основе стандартных

0 элементов. Диски статора и ротора выполняются из фолы врезан но го текстолита или из ситалла, а радиальные электроды и конденсаторы связи на них - методами пленочной технологии.

5 Преобразователь работает следующим образом.

При углоасм перемещении диска рото- pj 4 относительно диска статора 3 между четными 11 и нечетными 12 радиальными

0 электродами ротора 4 и четными 7 и нечетными 8 радиальными электродами статора 3 попеременно возникает емкостная связь (размеры радиальных электродов и расстояние между ними является соизмеримыми в

5 направлении перемещения) Когда радиальные электроды статора 3 одновременно все находятся напротив радиальных электродов ротора 4. связь между ними максимальна и сигналы на выходах амплитудных

0 детекторов 13 и 14 имеют максимальную величину. При сдвиге ротора4 относительно Статооа 3 на половину шага сигналы на входы усилителя 15 не поступают. При сдвиге в тужэ сторону еще на половину шага ампли5 туда сигналов на выходах амплитудных детекторов 13 и 14 будет максимальна.

Таким образом, при угловом перемещении ротора 4 относительно статора 3 на входах амплитудных детекторов 13 и 14

0 возникают амплитудно-модулированные по синусоидальному закону колебания с несущей частотой высокочастотного генератора 1, огибающая которых выделяется амплитудными детекторами 13 и 14. Период коле5 баний определяется угловым шагом радиальных электродов и угловой скоростью перемещения ротора 4 относительно статора 3. Разрешающая способность в таком случае не будет ограничена угловым ша0 TJM.

Необходимо отметить что чувствительность электродов к перемещению повышена благодаря тому, что каждая из групп 11 и 12 радиальных электродов ротора 4 в любой

5 момент времени имеет равные по величине и противоположные по знаку заряды. Созданное электрическое поле будет неоднородным. Сравнительный анализ показал, что разность между минимальным и максимальным значениями напряженности неоднородного электрического поля будет значительно больше, чем аналогичная разность для поля, близкого к однородному, и существенно в меньшей степени будет убывать с удалением от индицирующих электродов. Поэтому разность между минимальными и максимальными амплитудами сигналов, снимаемых с радиальных электродов 7 и 8 статора 3, а значит, и сигналов на выходах амплитудных детекторов 13 и 14 будет значительно выше, чем в прототипе. Следовательно, будет повышена чувствительность радиальных электродов к угловым перемещениям чувствительности углового преобразователя в целом, которая увеличивается дополнительно за счет суммирования сигналов с выходов амплитудных детекторов 13 и 14 в суммирующем усилителе 15. Формула изобретения Емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий питающий высокочастотный генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них соответствующие кольцевые электроды одинакового диамет- ро, образующие конденсатор связи с посто0

янной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные и нечетные радиальные электроды на статоре соединены параллельно и объединены в две группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевых электродов, диаметр которых отличен от диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, двумя амплитудными детекторами и суммирую5 щим усилителем, подключенным к выходу обоих амплитудных детекторов, радиальные электроды на роторе размещены с тем же шагом, что и радиальные электроды на статоре, и объединены параллельно в две группы, аналогично группам радиальных электродов на статоре, последние подключены к входам соответствующего амплитудного детектора, а группы четных и нечетных электродов на роторе присоединены кдели5 телю напряжения через соответствующий конденсатор связи.

0

Изобретение относится к измерительной технике и имеет целью повышение точности емкостного преобразователя угловых перемещений, который содержит конденсаторы переменной емкости, образованные двумя группами четных и нечетных радиальных электродов 7 и 8 на статоре 3 и радиальных электродов 11 и 12 на роторе 4. Эти электроды расположены с равномерным шагом и в каждой группе соединены между собой параллельно. Четные электроды 11 ротора 4 соединены с кольцевой обкладкой 9 первого конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 5 которого расположена на статоре 3. Нечетные электроды 12 ротора 4 присоединены к обкладкам 10 второго конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 6 которого также расположена на статоре и присоединена как и обкладка 5 к зажимам делителя 2 напряжения, подключенного к противофазным зажимам высокочастотного питающего генератора 1. Амплитудные детекторы 13 и 14, подключенные к группам электродов 7 и 8 статора, присоединены к входам суммирующего усилителя, на выходе которого получают амплитудно-модулированный сигнал, являющийся функцией поворота ротора. 2 ил. (Л С

f2 11