Датчик местоположения объекта в трубопроводе Советский патент 1992 года по МПК F17D5/00 

Изобретение относится к средствам обнаружения местоположения застрявших в трубопроводах объектов, например очистного устройства при продувке или промывке строящегося трубопровода, и может найти применение при разработке и изготовлении очистных устройств и средств их обнаружения.

Целью изобретения является повышение надежности и времени автономной работы датчика местоположения объекта в трубопроводе.

Поставленная цель достигается тем, что на ее внешней цилиндрической поверхности магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально намагниченных постоянных магнита. Наружный магнитопровод магнитной системы выполнен насыщенным и осевая длина магнитопроводов равна или больше осевой длины секторообразных магнитов. На поверхности магнитной системы по окружности расположены чередующиеся отражающие и поглощающие участки, каждый из которых занимает сектор с центральным углом, равным полюсному делению чередующихся секторообразных магнитов. С обмотками жестко связаны оптронные пары фотодиод-светодиод, оптически связанные с отражающими и поглощающими участками поверхности магнитной системы, а их число равно числу фаз электрообмотки. Начало каждой фазы обмотки соединено с выводами коллекторов первого и второго транзисторов, конец - с выводами коллекторов третьего и четвертого транзисторов, выводы эмиттеров первого и третьего транзисторов соединены между собой чеXI О VJ Ю 00

ю

рез резисторы и интегральные ключи, вход управления одного из интегральных ключей соединен с прямым, а вход второго ключа - с инверсным выходом порогового устройства, вход которого соединен с фотодиодом.

Выполнение наружного магнитопрово- да насыщенным для того, чтобы поток дополнительно устайовленных магнитов, которые расположены на его наружной поверхности, не стремился замкнуться на этот магнитопровод, а распределялся бы как можно дальше во внешнее пространство. Это способствует надежному его обнаружению измерительными средствами. Выполнение магнитопроводов магнитной системы равными или большими по осевой длине секторообразным магнитам гарантирует полное замыкание их магнитного потока и повышение величины индукции в области обмоток по сравнению с прототипом. Благодаря этому уменьшается энергопотребление при обеспечении режима вращения магнитной системы и растет ресурс автономной работы датчика.

Использование в качестве приемника излучения фотодиода значительно, в несколько раз, повышает чувствительность приемника. Это значит, что на запитывание светодиода может быть затрачено меньше энергии. Одновременно, благодаря высокой чувствительности фотодиода отпадает необходимость соосного расположения излучателя и приемника и установки между ними модулирующего диска. Достаточно принять оптический сигнал, отраженный от отражающих участков поверхности магнитной системы. Благодаря отсутствию модулирующего диска (обтюратора) снижается общая поверхность вращающейся части датчика и потери энергии на аэродинамическое сопротивление. Высокая чувствительность фотодиода способствует надежному приему оптического сигнала управления, что повышает надежность устройства.

Применение схемы управления датчиком также приводит к снижению энергозатрат и повышению ресурса работы устройства. Это обусловлено следующим. Экономичность устройства определяется степенью использования напряжения питания и потерями на мощность управления при заданном токе нагрузки. Для снижения потерь мощности используемые для переключения транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, имеющей меньшие потери на насыщение, чем схема с общим коллектором, применяемая в коммутаторе прототипа. Кроме того, для управления транзисторами, включенными в диагонали мостовбй схемы, использовано такое соединение транзисторов, при котором через эмиттерно-базовые переходы транзисторов течет один и тот же ток, определяемый сопротивлением последовательно включенного резистора и сопротивлением канала открытого интегрального ключа. Благодаря такому включению ток управления снижается вдвое. При закрытом канале интегрального ключа транзисторы закрыты.

0 На фиг. 1 приведено устройство, вид сбоку (А) и вид сверху (Б) при снятой магнитной системе; на фиг. 2 - приведены примеры возможных вариантов выполнения отражающих и поглощающих участков на поверх5 ности магнитной системы для двухполюсной системы (А) и для шестипо- люсной системы (Б); на фиг. 3 приведена общая электрическая схема устройства управления вращением магнитного поля дат0 чика.

Датчик (фиг. 1) содержит магнитную систему, состоящую из секторообразных магнитов 1, установленных на внутреннем магнитопроводе 2, и наружного магнито5 провода 3. Магнитная система установлена в подшипниках 4. В зазоре магнитной системы расположены обмотки 5, установленные на основании 6. Обмотки имеют взаимно ортогональные оси и в принципе

0 представляют собой две фазы одной единой обмотки управления. В приведенном примере число секторообразных магнитов с чередующимися полюсами равно двум, но оно может быть любым четным. Число фаз об5 мотки в примере также равно двум, но и оно может быть любым. Причем, чем больше число магнитов и фаз, тем меньше среднее значение момента вращения, создаваемого обмотками, за один оборот магнитной сис0 темы. Следовательно, тем меньший ток необходим для обеспечения режима вращения магнитного поля, На наружной поверхности магнитной системы установлены диаметрально противоположные ради- ально намагниченные магниты 7. При этом

5 радиальная толщина наружного магнито- провода 3 выбрана такой, чтобы поток внешних и секторообразных магнитов насыщал его. Как отмечалось выше, это сделано для облегчения обнаружения вращающего0 ся поля измерительными средствами. На основании 6 расположены две оптронные пары, состоящие из светодиодов 8 и фотодиодов 9.

Излучающие поверхности светодиодов

5 и приемные поверхности фотодиодов обращены в сторону торцевой поверхности магнитной системы с поглощающими и отражающими участками. На фиг. 2 изображены примеры расположения поглощающих 10 и отражающих 11 участков при двухполюсной магнитной системе (А) и шестипо- люсной системе (Б). Эти участки могут быть нанесены на любой поверхности магнитной системы, например, на боковой поверхности магнитной системы, например, на боковой наружной или внутренней. Число оптронных пар должно соответствовать числу фаз обмотки, так как одна пара обеспечивает включение на источник питания только одной фазы. На фиг. 3 приведена общая электрическая схема управления вращением магнитной системы датчика. Схема содержит два независимых идентичных канала А1 и А2. Кажды й канал состоит из транзисторов VT1-VT4, резисторов R1, задающего ток светодиода VD1, и R2, R3, определяющих базовые токи транзисторов, интегральных ключей К1, К2, управляющих работой транзисторов, порогового устройства D1, имеющего прямой и инверсный выходы, и подключенного к фотодиоду VD2. Коллекторы транзисторов VT1 и VT2 соединены с началом фазы обмотки W1, а коллекторы транзисторов VT3 и VT4 соединены с концом фазы обмотки W1 Элементы канала А2 на схеме не показаны.

Датчик работает следующим образом После включения питания излучение светодиода VD1 попадает на поверхность магнитной системы с отражающими и поглощающими участками. В зависимости от поверхности (отражающая или поглощающая) чувствительная площадка фотодиода VD2 будет соответственно освещена или затемнена. При освещении фотодиода на прямом выходе порогового устройства D1 появится напряжение высокого уровня, на инверсном выходе - напряжение низкого уровня. В соответствии с этим ключ К1 соединит базовые цепи транзисторов VT2 и VT3. Эти транзисторы откроются и через обмотку W1 потечет ток по цепи: - эмиттер ЛГЗ-коллектор УТЗ-конец Wl-на- чало W1-коллектор УТ2-эмиттер VT2-CND. Протекание тока в обмотке W1 приводит к возникновению момента вращения и повороту магнитной системы на угол, равный угловой зоне отражающей поверхности, фотодиод перестает освещаться, в результате чего ключ К1 размыкает и разрывает базовые цепи транзисторов VT2 и VT3, а ключ К2 замыкает базовые цепи транзисторов VT1 и VT4.

Транзисторы VT1 и VT4 открываются и через обмотку W1 протекает ток противоположного направления. При этом направление действия момента вращения не изменяется, так как произошел разворот

магнитной,системы, и против обмотки расположился магнит противоположной полярности. Аналогично работает канал А2, который управляет направлением тока в обмотке W2. Таким образом обмотки поочередно разворачивают магнитную систему, а вместе с ней и магниты, расположенные на внешней поверхности, создавая тем самым вращение внешнего магнитного поля, которое регистрируется известными измерительными средствами

Формула изобретения Датчик местоположения объекта в трубопроводе, содержащий источник постоянного тока и источник переменного магнитного поля, состоящий из кольцевой магнитной системы с наружным магнито- проводом и с секторообразными постоянными магнитами, чередующейся

полярности, в зазоре которой расположена электрообмотка, отличающийся тем. что, с целью повышения надежности и времени автономной работы датчика, на внешней цилиндрической поверхности

магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально на- магниченных постоянных магнита, наружный магнитопровод выполнен насыщенным и его осевая длина равна или больше осевой длины секторообразных магнитов, на поверхности магнитной системы по окружности расположены чередующиеся отражающие и поглощающие участки, каждый из которых занимает сектор с центральным углом, равным полюсномуделениючередующихсясекторообразных магнитов, на основании электрообмотки установлены оптопары состоящие из светодиодов и фотодиодов иоптически связанные с отражающими и поглощающими участками магнитной системы, число пар равно числу фаз электрообмотки, причем датчик снабжен системой управления вращения магнитной системы,

содержащей два независимых канала, каждый из которых состоит из четырех транзисторов, резисторов, задающего ток светодиода. интегральных ключей и порогового устройства, а начало каждой фазы электрообмотки соединено с, выводами коллекторов первого и второго транзисторов, конец фазы соединен с выводами коллекторов третьего и четвертого транзисторов, выводы эмиттеров первого и

третьего транзисторов соединены с положительным зажимом источника тока, а выводы эмиттеров второго и четвертого транзисторов соединены с отрицательным зажимом источника, выводы баз первого и

четвертого, второго и третьего транзисто-прямым, и другого - с инверсным выходом

ров соединены между собой через резисто-порогового устройства, вход которого соеры и интегральные ключи, вход управлениядинен с фотодиодом, одного из интегральных ключей соединен с

Сущность изобретения: на внешней цилиндрической поверхности магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально намагниченных постоянных магнита. Наружный магни- топровод выполнен насыщенным, его осевая длина равна или больше осевой длины секторообразных магнитов. На поверхности системы по окружности расположены чередующиеся отражающие и поглощающие участки. Каждый из участков занимает сектор с центральным углом, равным полюсному делению магнитов. На основании электрообмотки установлены оптронные пары, состоящие из светодиодов и фотодиодов и оптически связанные с отражающими и поглощающими участками системы. Число пар равно числу фаз электрообмотки. Система управления вращения магнитной системы содержит два независимых канала, каждый из к-рых состоит из четырех транзисторов, резисторов, задающего ток светодиода, интегральных ключей и порогового устр-ва. Начало каждой фазы электрообмотки соединено с выходами коллекторов первого и второго транзисторов. Конец фазы соединен с выходами коллекторов третьего и четвертого транзисторов. 3 ил. сл с

Л JL -2

(/ 1

Б)

Фиг f

9u 2

I

Фиг з

Л/

J