ИНДУКТИВНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1973 года по МПК G01B7/14 H03M1/64 

1

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах для автоматизированного контроля перемещений, например, в измерительных мащинах, в частности для контроля резьбы, и металлорежущих станках.

Известен индуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух винтовых полудатчиКОБ и статор в виде прецизионной зубчатой шкалы-рейки. На полудатчиках имеется «разная винтовая нарезка (левая и правая) и кольцевые пазы в средней части, в которых расположены индуктивные катушки.

В известном датчике при вращении ротора в момент вхождения в зону взаимодействия со шкалой начала и конца ниток резьбы сильно искажается картина магнитного поля у торцов каждого из полудатчиков, и возникает соответствующая переменная составляющая сигнала, которая не изменяет фазу при перемещении щкалы, так как она не связана со взаимодействием витка полудатчика и зубца шкалы. Это приводит к значительной нелинейности изменения фазы в функции перемещения, т. е. к снижению точности известного устройства.

Кроме того, в известном датчике индуктивные катушки расположены в кольцевых пазах полудатчиков. При этом магнитный поток замыкается в плоскости, параллельной контролируемому перемещению, а, следовательно, при расположении кольцевого паза одного из полудатчнков над стыком шкал магнитный поток пронизывает стык. В этом случае будет меняться форма выходного сигнала и, соответственно, возникает дополнительная фазовая погрешность.

В известном датчике также отсутствует

дифференциальная схема формирования выходного сигнала, что приводит к пониженной помехозащищенности датчика, так как внешние наводки в катушках будут суммироваться с выходным сигналом.

Предложенный датчик отличается от известного тем, что в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность, винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на половину шага нарезки, а катушки расположены в зоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.

На фиг. 1 показан предложенный датчик; на фиг. 2 - график выходных сигналов датчиков.

Датчик содержит ротор /, приводимый в непрерывное вращение электродвигателем 2, и

статор 3 в виде прецизионной зубчатой шкалы-ренки, устсиювлеилои с зазором по отношению к ротору.

Ротор / выполнен в виде двух винтовых полудатчиков 4 и 5, винтовая нарезка которых натравлена в одну сторону и смещена на половину шага в одном полудатчике относительно другого.

Каждый нолудатчик снабжен намагпичиваrouiHMH OvlMOTKHMH (5 и измерительными обмотками 7, которые охватывают цилиндрическую часть полудатчика в зоне его взаимодействия со шкалой.

При таком расположении обмоток основная часть магнитного потока будет направлена перпендикулярно направ.лению перемещения, т. е. параллельно стыку шкал, а поэтому при наличии стыка под одним из винтовых полудатчиков практически не будет изменяться магнитная проводимость: датчик нечувствителен к стыку шкал.

На одной оси с винтовыми полудатчиками установлен ротор 8 дополнительного датчика опорного сигнала, число зубцов на котором равно числу заходов винта на полудатчиках 4 и 5. Статор 9 этого датчика с намагничивающими обмотками 10 и вторичными обмотками 11 установлен в общем корпусе. На той же оси установлен ротор 12 дополнительного тактирующего датчика, имеющего многократно больщее число зубцов, чем ротор 8. Статор 13 этого датчика с первичными обмотками 14 и вторичными обмотками 15 установлен также в общем корпусе.

Образующая наружной цилиндрической поверхности винтовых полудатчиков 4 и 5 выполнена криволинейной с увеличением зазора мелчду полудатчиками и щкалой в зоне торцов. Такая форма образующей винтовых полудатчиков обеспечивает концентрацию магнитного потока в центральной зоне винтового полудатчика.

Датчик работает следующим образом.

При непрерывном вращении электродвигателем 2 полудатчиков 4 Е 5 периодически изменяется воздущный зазор между зубчатой щкалой-рейкой 3 и винтовой нарезкой полудатчиков 4 и 5, что вызывает соответствующую модуляцию магнитных потоков Ф, создаваемых обмотками 6, Е приводит к возникновению переменных э.д.с. в измерительных обмотках- осн. Аналогичным образом в результате периодического изменения зазора .между зубцами роторов 8 и 12 при их непрерывном вращении и зубцами соответствующих статоров 9 и 13 в обмотках 11 и 15 возникают переменные э.д.с.. и Ятакт.. Система выходных сигналов датчика (см. фиг. 2) содержит основной сигнал Еосн. (на выходе обмоток 7), опорный сигнал оп. (на выходе обмоток 11) и тактирующий сигнал Ятакт. (на выходе обмоток 15).

Основной сигнал образуется в результате взаимодействия витков полудатчиков и зубцов щкалы, поэтому при смещении шкалы измерительный сигнал будет смещаться по фазе, а так как положение статоров опорного и тактирующего при смещении шкалы не меняется, то, соответственно, опорный и тактирующий сигналы не смещаются по фазе. Таким образом, при перемещении щкалы из

одного положения в другое основной сигнал смещается по фазе на величину Дф, т. е. займет положение Яосн. Величина фазового сдвига основного сигнала относительно опорного однозначно может быть определена числом N

полупериодов тактирующего сигнала, так как период тактирующего сигнала Гтакт. выбирается многократно меньше, чем период основного сигнала Госн.. Смещение винтовой нарезки одного полудатчика по отнощению к винтовой нарезке второго полудатчика на половину приводит к тому, что в выходной обмотке одного полудатчика наводится сигнал, смещенный по фазе на 180° по отношению к выходному сигналу в

обмотке второго полудатчика, т. е. оба сигнала находятся в противофазе. Поэтому для образования основного сигнала датчика выходные обмотки полудатчиков включены встречно (дифференциальная схема включения).

Так как внещние помехи, в частности, от электродвигателя датчика, а также наводки, вызванные, например, биением ротора, будут синфазны для выходных катушек обоих полудатчиков, то при встречном включении этих

обмоток указанные помехи и наводки полностью исключаются. Кроме того, при дифференциальной схеме в первичных обмотках происходит компепсация э.д.с. самоиндукции, и датчик работает при постоянной намагничивающей силе. Это создает условия для получения синусоидального выходного сигнала с малыми гармоническими искажениями.

Предмет изобретения

Индуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух полудатчиков с винтовой нарезкой, статор в виде прецизионной зубчатой

щкалы-рейки, и намагничивающие и измерительные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и помехозащищенности датчика, в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность,

винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на половину щага, а катушки расположены в зоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.

15 1 13

Рс/т ЛАЛААА/ ААЛРх,ААЯ