Устройство для определения параметров вращения Советский патент 1992 года по МПК G01P13/00 G01P3/48 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для определения углового перемещения, скорости и направления вращения.

Известны устройства для измерения углового перемещения и скорости на основе эффекта Виганда, основным достоинством которых является независимость параметров выходного импульса от скорости вращения.

Существуют три основных варианта построения таких устройств.

Проволока Виганда (или совокупность проволок) перемещается относительно двух постоянных магнитов с размещенной между ними приемной катушкой.

Магниты движутся относительно модуля Виганда (приемная катушка с проволокой Виганда внутри).

Магниты и модуль Виганда неподвижны, а их взаимодействие регулируется перемещением магнитного экрана,

Преимущество первого варианта над двумя другими в том, что он чувствует направление вращения, однако выходной сигнал значительно слабее и при удалении катушки от проволоки Виганда более чем на 2 мм становится пренебрежимо малым. В результате снижается помехозащищенность устройства, повышаются требования к точности установления зазора между подвижной и неподвижной частями, что ограничивает область применения первого варианта. Указанных недостатков лишены второй и третий варианты.

Наибопее близким к изобретению является устройство, которое содержит ротор, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенные коаксиально ей приемную каы

туиису и компенсационную кзгушку с магнитол роводящей пластиной внутри. Проволока Вигзпда ориентирована относительно магнитных полюсов таким образом, что один из двух ее концов испытывает действие магнитного поля этих полюсов сипы гее, чем другой конец Магнитопроводящая гиа- стина используется для усиления сигналов в приемной и компенсационной катушках. Проволока Вшанда перемашичивается в симметричном режиме пплюсами магнитов при движении рогора, в результате чего, п приемной катушке новодятсм импульсы Виганда, а наводимые изменяющимся магнитным полем помехи исключаю Ci компенсационной катушкой.

Недостаток устройства - печувст и тельпопь к направлению врашсния

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей тройстг а путем определения направления вращение

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее рогор, по ободу которого рав номсрно расположены полюса постоянных магнитов чередующееся полярности про- волс j Виганда и размещенную коаксиаль но ей приемную катушку, введены оторгч приемная катушка, схема формирование и определения направления врашепия, со стоящая из первою и птпро 0 почо китель- ных одчополупериодных выпрямителей, первого и второго огрицз ельных одноло лупериодных гыпрямчтелеп, первого и второго анапо овых суммг ороа, первого, второго, третьего и четвертого компэрато ров, первого, второго и третьего RS-гоигге- ров, первого и второго элементов 2И, элемента 2ИЛИ, причем первая и вторая приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно цетра проволоки Вмгаида, постоянные магниты расположены m роторе раднально, каждый из магнитол пред ставляег собой в поперечном сечении квадрат, первая и третья противоположные стороны которого рдзпорнугн под умом 26,5° к плоскости вращв Н ротора, длина стороны кв адрэта равн дпипс проволочи Виганда, ось проволоки В гачда перпендикулярна плоскости вращения рогора, а плоскость враи1вния чершим углов, образованных первой и четвертой сторонами поперечных сечений каждого из магнитов, проходит через середину проволоки Виганда, второй вывод первой катушки и перш и вывод второй катушки соединены с общей точкой схемы формирования и определении направления врчщения, первый вывод первой катушки соединен с входом первого положительного однопотупериодного

випря..теля и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя, второй вывод второй катушки соединен с входом первого отрицательного однополупериодною выпрямителя и входом второго положительного однополупериродиого вы прямителл, выход первого положительного однополупериодиого выпрямителя п выход первою отрицательного однополупориод0 ного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора, выгод которого соединим с прямым входом первого компаратора и инверсным входом второго компа

5 раюра, выход второго отрицательною однопопупериодного выпрямителя и выход оторгго положительного одьополупериод- ного внпрпмшеля соединены соотпепсг- венно с первым и вторым входами второго

0 аналогового супматора, выход которого со единен г инверсным входом третьего компаратора и прямым входом четвертого KQMndpdTOpa, шверспыс входы первого и четвертого компараторов соединены с ис5 точнчком положительного опорного напря- женчя, а пр ямые входы второго и третьего комп рзтороо соединены с источником от . ицо1еяьного опорного напряжения выход первого компаратора соединен с S-входом

0 первого -риггерэ, первым входом элемента ЗИЛ И 1 первым входом первого этемеига 2И выход второго компаратора соединен с S-пходом второго грш гера и вторым входом второго тюменга -И, выход третье о ког наь ратора соединен с R-входом первого триггера и вторым входом элемента , вькод чеюсртого компаратора соединен с R входом згорого триггера инверсный выход первого триггера соединен с первым вхо0 дом второго эппмепта 21/1, выход которою сординен с R входом третьего триггера инверсный выход второго триггера соединен с в горы, т «ходом первого элемента 2 И выход которого соединен с S-входом третьего

5 триггера выход которого является выходом Направление л ПЫУОД элемента 2ИЛИ является выходом устройства

HP фиг 1 приведена с фуктурмая схема устройства и взаимное расположение его

0 механических частей, вид Л на фиг 2 фун- кииональмря схема СФО I, на фиг 3 - временные диаграммы работы устройства, на которых приведены выходные сигналы уз- лсп и лемрнтоп (цифровой индекс в обоз5 начении сигналов соотгеютвует номеру элемента на функциональной схеме cj иг 2) Устройство для определения параметров вращения содержит ротор 1, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов 2 чередующейся по

лярности, проволоку Виганда 3 и размещенные коаксиально ей первую 4 и вторую 5 приемные катушки, схему 6 формирования и определения направления вращения (СФОН), состоящую из первого 1 и второго 10 положительных однополупериодных выпрямителей, первого 8 и второго 9 отрицательных однополупериодных выпрямителей, первого 11 и второго 12 аналоговых сумматоров, первого 13, второго 14, третьего 15 и четвертого 16 компараторов, первого 17, второго 18 и третьего 22 RS-триггероа, первого 19 и второго 20 элементов 2И, элемента 2ИЛИ 21, причем первая 4 и вторая 5 приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно центра проволоки Виганда 3, постоянные магниты 2 расположены на роторе 1 радиально, каждый из магнитов 2 представляет собой в поперечном сечении квадрат ABCD, первая АВ и третья CD противоположные стороны которого развернуты под углом а 26,5° к плоскости вращения ротора 1, длина стороны квадрата ABCD равна длине проволоки Виганда 3, ось проволоки Виганда 3 перпендикулярна плоскости вращения ротора 1, а плоскость вращения Н вершин углов, образованных первой АВ и четвертой DA сторонами поперечных сечений каждого из магнитов 2, проходит через середину проволоки Виганда 3, второй вывод первой катушки 4 и первый вывод второй катушки 5 соединены с общей точкой схемы 6 СФОН, первый вывод первой катушки 4 соединен с входом первого положитепьного однополупериодного выпрямителя 7 и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя 9, второй вывод второй катушки 5 соединены с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя 8 и входом второго положительного однополупериодного выпрямителя 10, выход первого положительного однополупериодного выпрямителя 7 и выход первого отрицательного однополупериодного выпрямителя 8 соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора 11, кыход которого соединен с прямым входом первого компаратора 13 и инверсным входом второго компаратора 14,выход второго отрицательного однополупериодного выпрямителя 9 и выход второго положительного однополупериодного выпрямителя 10 соединены соответственно с первым и вторым входами второго аналогового сумматора 12, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратора 15 и прямым входом четвертого компаратора 16, инверсные входы первого 13 и четвертого 16 компараторов соединены с источником положительного опорного напряжения, э прямые входы второго 14 и третьего 15 компараторов соединены с источником

отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора 13 соединен с S- входом первого триггера 17, первым входом элемента 2ИЛИ 21 и первым входом первого элемента 2И 19, выход второго компаратора 14 соединен с S-входом второго триггера 18 и вторым входом второго элемента 2И, 20, выход третьего компаратора 15 соединен с R-входом первого триггера 17 и вторым входом элемента 2ИЛИ 21, выход

четвертого компаратора 16 соединен с R- входом второго триггера 18, инверсный выход первого триггера 17 соединен с первым входом второго элемента 2И 20, выход которого соединен с R-входом третьего триггера

22, инверсный выход второго триггера 18 соединен с вторым входом первого элемента 2И 19, выход которого соединен с S-входом третьего триггера 22, выход которого является выходом Направление, а выход

элемента 2ИЛИ 21 является выходом устройства

Устройство работает следующим образом.

При вращении Вперед постоянные

магниты 2, проходя мимо проволоки Виганда 3 с катушками Д и 5, вначале преимущественно воздействуют на правую половину проволоки Вигандз 3 с катушкой 4 (примерная точка срабатывания проволоки Виганда

3 - точка а (фиг. 1)), в результате чего перемагчичивание проволоки Виганда 3 начинается с правого конца, а так как пере- магничивзние сердцевины проволоки Виганда 3 происходит за один скачок, то

импульсы в катушке 4 всегда опережают соответствующие импульсы в катушке 5 на время т , которое не зависит от скорости вращения ротора 1 После выпрямления с помощью положительных и отрицательных

однополупериодных выпрямителей 7-10 выходные сигналы катушек 4 и 5 подаются на сумматоры 11 и 12; положительная часть сигнала от катушки 4 и отрицательная от катушки 5 подаются на сумматор 11, отрицательная от катушки 4 и положительная от катушки 5 - на сумматор 12 Так как катушки 4 и 5 работают в противофазе, то выходные импульсы сумматоров имеют вид U11, U12, Вперед (фиг. 3) На выходе сумматора 11

положительный импульс опережает отрицательный на время г, а на выходе сумматора 12 отрицательный импульс опережает положительный на время т. Кроме того, в сумма- торах 11 и 12 происходит взаимная

компенсация помех, наводимых в катушках 4 и 5 изменяющимся магнитным полем.

При вращении Назад перемагничива- ние проволоки Виганда 3 начинается с левого конца (примерная точка срабатывания проволоки Виганда 3 - точка 6 (фиг, 1)), а импульсы в катушке 5 опережают на время Т соответствующие импульсы в катушке А. Теперь на выходе сумматора 11 отрицательный импульс опережает положительный на время г, а на выходе сумматора 12 положительный импульс опережает отрицательный на время т(1111, U12; Назад, фиг. 3).

Далее при вращении Вперед выход- мыз импульсы компараторов 13 и 15 опережают соответственно выходные импульсы компараторов 14 и 15. Таким образом, переходы триггера 17 на инверсном выходе из состояния Лог, 1 в состояние Лог. О и наоборот происходят раньше, чем аналогичные переходы триггера 18, в результате чего импульсы с выхода компаратора 13 проходят через элемент 19 на S-вход триггера 22, а пр чод импульсов с выхода компаратора 14 через элемент 20 на R-вход триггера 2 блокируется, поэтому триггер 22 устойчиво находится в состоянии Лог. 1, что соответствует направлению вращения Вперед (фиг. 3, Вперед) При вращении Назад имеем обратную ситуацию, в результате чего триггер 22 устойчиво находится в состоянии Лог. О, что соответствует направлению вращения Назад (фиг. 3, Назад), На выход устройства в любом случае поступают импульсы с компараторов 13 и 15, соответствующие импульсам катушки 4, частота следования которых пропорциональна частоте вращения ротора 1 (U13, U15, 1121;фиг. 3).

Предлагаемое устройство по сравнению с известным определяет не только скорость, но и направление вращения, В устройстве используется только одна проволока Виганда, работающая в симметричном режиме перемагничивания, и две катушки, каждая из которых является не только приемной, но, благодаря выпрямителям и сумматорам, и компенсационной. Схема СФОН реагирует из прохождение каждого магнита и ее работа не зависит от интервала времени между положительными и отрицательными импульсами, взаимное расположение которых определяется направлением вращения, поэтому она пригодна и при использовании двух модулей Виганда (модуль - проволока с катушками); модули необходимо разнести на некоторое расстояние, на котором не сказывается разброс порогов срабатывания проволок Виганда.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров вращения, содержащее ротор, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенную

коаксиально ей первую приемную катушку, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения направления вращения, в него введены вторая приемная

катушка, схема формирования и определения направления вращения, состоящая из первого и второго положительных однопо- лупериодных выпрямителей, первого и второго отрицательных одиополупериодных

выпрямителей, первого и второго аналоговых сумматоров, первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первого, второго и третьего RS-триггеров, первого и второго элементов 2И, элемента 21ЛЛИ,причем

первая и вторая приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно центра проволоки Виганда, постоянные магниты расположены на роторе радиально, каждый из магнитов представляет собой в поперечном сечении квадрат, первая и третья противоположные стороны которого развернуты под углом 26,5° к плоскости вращения ротора, длина стороны квадрата равна длине

проволоки Виганда, ось проволочи Виганда перпендикулярна к плоскости вращения ротора, а плоскость вращения вершин углов, образованных первой и четвертой сторонами поперечных сечений каждого из магнитов, проходит через середину проволоки Виганда, второй вывод первой катушки и первый вывод второй катушки соединены с общей точкой схемы формирования и определения направления вращения, первый

вывод первой катушки соединен с входом первого положительного однополупе- риодного выпрямителя и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя, второй вывод второй катушки

соединен с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя и входом второго положительного однополупериодного выпрямителя, выход первого положительного однополупериодного выпрямителя и выход первого отрицательного однополупериодного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора, выход которого соединен с прямым входом первого компаратора и инверсным входом

второго компаратора, выход второго отрицательного однополупериодного выпрямителя и выход второго положительного однополупериодного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами второго аналогового сумматора, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратора и прямым входом четвертого компаратора, ипперсные входы первого и четвертого компараторов соединены с источником положительного опорного напряжения, а прямые входы второго и третьего компараторов соединены с источником отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора соединен с S-входом первого RS триггера, первым входом элемента 2ИЛИ и первым входом

5

первого элемента 2И, выход второго компаратора соединен с S-входом второго RS- триггера и вторым входом второго элемента 2И,выход третьего компаратора соединен с R-входом первого RS-триггера и вторым входом элемента 2ИЛИ, выход четвертого компаратора соединен с R-входом второго RS-триггера, инверсный выход первого RS- триггера соединен с первым входом второго элемента 2И, выход которого соединен с R-входом третьего RS-триггера, инверсный выход второго RS-триггера соединен с вторым входом первого элемента 2И, выход которого соединен с S-входом третьего RS триггера, выход которого является выходом Направление, а выход элемента 2ИЛИ яв ляется выходом устройства

Использование: измерение угловых перемещений и скоростей. Сущность изобретения: проволока Виганда и постоянные магниты сориентированы так, что при вращении Вперед магниты вначале воздействуют ня одну половину проволоки, а затем на другую, а при вращении Назад - наоборот, поэтому при вращении Вперед импульсы в первой катушке опережают соответствующие импульсы во второй катушке, а при вращении Назад наоборот, далее электронная схема определяет направление вращения, а также формирует последовательность импульсов с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора 3 ил

3

.

Фиг.1

Ii

HejvS