Бесконтактный датчик линейных перемещений Советский патент 1993 года по МПК H01L43/06 

Изобретение относится к приборостроению и автоматизации производства, может использоваться в электротехнике, в электронных следящих системах, а также в робототехнике.

Известен бесконтактный датчик перемещений, содержащий датчик Холла и движущийся относительно него магнит. При этом ЭДС Холла Ux изменяет знак при прохождении магнита через ось симметрии и в этой области наблюдается зависимость между ЭДС Холла и перемещением, близкая к линейной. Однако чувствительность датчика или его выходная характеристика сильно зависит от расстояния между магнитом и датчиком Холла, что приводит к понижению точности фиксации перемещения при колебаниях и смещениях магнита в плоскости, перпендикулярной движению. При этом линейность выходного сигнала от перемещения и его амплитуда невысоки, что и послужило применением других видов датчиков.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик, содержащий магнитопровод,

в зазоре которого расположен элемент Холла, причем магнитопровод снабжен улавливающими пластинами, на небольшом расстоянии от которых перемещается магнит, вызывающий переброску направления замыкания магнитного потока при прохождении через плоскость симметрии. Использование магнитопровода увеличивает чувствительность датчика к перемещению, однако точность фиксации положения магнита (перемещающегося объекта) остается невысокой вследствие зависимости выходной характеристики (ЭДС Холла) от расстояния прохождения магнита относительно улавливающих пластин. Изменение этого расстояния может быть вызвано колебаниями механических систем датчика в направлении, перпендикулярном движению магнита, изменением размеров вследствие теплового расширения твердых тел, механическими перекосами и т.д. Изменению расстояний прохождения магнита с течением времени также способствуют силы взаимного притяжения между магнитом и увеличивающими пластинами.

XI 00 ON СЛ

от

Целью изобретения является повышение точности за счет увеличения помехоустойчивости к колебаниям движущихся частей устройства, Данный эффект может быть достигнут вследствие независимости выходной характеристики датчика от смещений в поперечном относительно измеряемого перемещения направлении.

Цель достигается тем, что устройство содержит элемент Холла, размещенный в зазоре между ферромагнитными пластинами, образующими магнитопровод, и источник постоянного магнитного поля, выполненный с возможностью перемещения относительно магнитопровода, причем источник магнитного поля состоит из двух магнитов в форме параллелепипедов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и расположенных симметрично относительно магнитопровода, размещенного в зазоре между магнитами, а элемент Холла включает две прямоугольные пластины из магнитомягкого материала, при этом толщина ферромагнитных пластин равна максимальному размеру чувствительной области элемента Холла, а длина равна 1-2 длинам магнитов.

На фиг. 1 представлен общий вид бесконтактного датчика линейных перемещений. На немагнитном основании 1 размещены два симметричных постоянных магнита 2 в форме прямоугольного параллелепипеда, которые обращены одноименными полюсами друг к другу. Между двумя симметричными ферромагнитными пластинами 3 из магнитомягкого материала разме- щен элемент Холла 4. Толщина ферромагнитных пластин равна чувствительной области пластины Холла, а длина каждой пластины не менее размера длины магнита в направлении перемещения х.

На фиг. 2 изображена схема функционирования устройства, на фиг. 2 - линии ин- дукЦии магнитного поля каждого магнита складываются геометрически и имеют составляющую на оси х, которая усиливается концентратором магнитного потока, формирующего элемент Холла. При смещении маг- нита относительно элемента Холла на расстоянии Ах от оси симметрии происходит перераспределение магнитной индукции таким образом, что происходит вычитание магнитных потоков, находящихся слева и справа от оси 00, причем эта разность пропорциональна смещению Ах. Усиление магнитного потока ферромагнитным концентратором увеличивает амплитуду выходного сигнала, которая представлена на фиг. 3 Отклонения от линейности возникают в непосредственной

близости от краев магнита, т.е. при х +I/2.

Физическая сущность предлагаемого

решения заключается в том, что при смещении движущихся частей датчика в направлении, перпендикулярном движению (вдоль оси у, фиг. 1), величина магнитной проводимости между ферромагнитными пластинами и одним из магнитов уменьшается, в то

время как с другим магнитом она увеличивается. Таким образом происходит компенсация суммарной магнитной проводимости при незапланированных смещениях по оси у. Это приводит к тому, что в диапазоне

перемещений (-I/2 х I/2) ЭДС Холла не зависит от смещения по оси у, что и показано на фиг. 3.

В результате внедрения изобретения должна повыситься эффективность использования подобных устройств за счет повышениялинейности выходной характеристики и величины ее амплитуды. Исходя из этого расчет годового экономического эффекта производим по формуле, учитывающей экономию производственных ресурсов при выпуске одной и той же продукции:

Э(С1 + ЕнК1)-(С2+Ен К2)-А2, гдеЭ - годовой экономический эффект, руб.;

Ci - себестоимость единицы продукции по базовому варианту, руб; С2 - себестоимость продукции по новому объекту, руб; Ki - удельные капитальные вложения в производственные фонды для базового варианта,

руб; К2 - удельные капитальные вложения в производственные фонды для нового объекта, руб; Ен - нормативный коэффициент капитальных вложений (0,15); А2 - годовой объем производства продукции с помощью

новой техники, шт.

Определяя себестоимость продукции по базовому и новому варианту Ci 25 руб., С2 20 руб., а удельные капитальные вложения в производственные фонды по базовому и новому объекту как Ki 35 руб., Кз 30 руб., и зная примерный годовой объем роботов в СССР который составил 100000 шт., определяем годовой экономический эффект от использования новой техники в народном хозяйстве;

Э (25 + 0,15 -35) -(20 + 0,15 30)х х 100000 585000 руб.

Формула изобретения Бесконтактный датчик линейных перемещений, содержащий элемент Холла, размещенный в зазоре между ферромагнитными пластинами, образующими магнитопровод, и источник постоянного магнитного поля, выполненный с еоз- моностью перемещения относительно мэгнитопровода, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности за счет увеличения помехоустойчивости к колебаниям движущихся частей устройства, источник магнитного поля выполнен из двух магнитов в форме параллелепипедов, обращенных друг к другу одноименными полюсами и расположенных симметрично относительно магнитопровода, размещенного в зазоре между магнитами, а элемент Холла включает две прямоугольные пластины из магнитомягкого материала, при этом толщина ферромагнитных пластин равна максимальному размеру чувствительной области элемента Холла, а длина равна 1-2 длинам магнитов.

10

Использование: электроника, электротехника, электронные следящие системы, робототехника. Сущность изобретения: изобретение позволяет достичь линейности выходной характеристики. Устройство включает симметричные постоянные магниты в форме параллелепипедов, одноименные полюса которых обращены друг к другу, а в зазоре магнитопровода и постоянных магнитов элемент Холла, который состоит из двух прямоугольных пластин из магыито- мягкого материала определенных геометрических размеров. 3 ил.

Фиг. i

о Фиг. 2

Фиг, 5