ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Советский патент 1973 года по МПК G01B7/30 

1 ,

Изобретение относится к высокочастотным датчикам угловых перемещений индукционного типа, применяемым в измерительной технике для преобразования углового положения чувствительного элемента (стрелки компаса, отвеса и др.) в электрический сигнал.

Подобные датчики находят применение в частности, в современных электронных инклинометрах, используемых для исследования траектории скважин при бурении.

Известны высокочастотные датчики, выполненные в виде двухфазных поворотных трансформаторов в режиме фазовращ,ателей. Статор этих датчиков имеет двухфазную рамочную и однофазную кольцевую обмотки. Ротор имеет рамочную измерительную обмотку и кольцевую оОмотку, лежащую в одной плоскости с кольцевой обмоткой статора. Кольцевые обмотки ротора и статора образуют воздушный трансформатор и обеснечивают бесконтактность датчика.

Известны также аналогичные датчики с числом пар полюсов двухфазной обмотки до 6-8, обеспечивающие электрическую редукцию измеряемого угла, что выгодно, например, для датчиков угла наклона.

Предлагаемый датчик отличается от известных упрощенной конструкцией, повышенным коэффициентом передачи по напряжению и повышенной точностью выдачи угла поворота.

Сущность изобретения заключается в раз.мещении витков двухфазной обмотки рамочного типа вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.

Предлагается также вариант разнесения двухфазной обмотки на поверхности статора вдоль оси датчика, что облегчает намотку, обеспечивает геометрическую идентичность оомоток обеих фаз и повышает точность датчика.

Па фиг. 1 в виде разверток ноясняется принцип намотки статора и построения ротора; на развертке фиг. 2 показано размещение обмоток датчика при разнесении двухфазной обмотки на статоре; на фиг. 3 приведены кривые изменения выходного напряжения V датчика, а также взаимоиндукции М между каждой из фаз двухфазной обмотки и однофазной обмотки в функции угла поворота ротора датчика.

Датчик включает в себя (см. фиг. 1 и фиг. 2) цилиндрический статор 1, выполненный из диэлектрического материала, и цилиндрический ротор 2, в частном случае также выполненный из диэлектрического материала. Поверхность ротора образована секторами 3 полого цилиндра из ферромагнитного материала и секторами 4 из немагнитного токопроводящего материала (металла), образующими полюса ротора.

На статоре / размещены рамочные обмотки 5 и 5 обеих фаз, образующие полюса статора, и кольцевая однофазная обмотка 6, примыкающая к лобовым частям обмоток 5 и 5.

Представленный датчик выполнен без электрической редукции измеряемого угла (число пар полюсов равно 1).

При построении датчика с числом пар полюсов, рав-ным 2 и более, развертка статора и ротора состоит из увеличенного числа частей, представленных на фиг. 1 и фиг. 2. Соответственно во столько же раз сокращаются угловые (тангенциальные) размеры рамок статора и секторов ротора.

Работает датчик следующим образом.

Вследствие того, что однофазная обмотка 6 размещена в непосредственной близости от лобовых частей рамок двухфазных обмоток 5, 5, лобовые части являются рабочими и за счет них обеспечивается индуктивная связь участков двухфазных и однофазных обмоток.

Так как каждая из двухфазных обмоток 5, 5 содержит четное число одинаковых рамок, включенных попарно встречно, связь между любой из двухфазных обмоток в целом и однофазной обмоткой при извлеченном роторе отсутствует. Секторы ротора ii, 4, число которых равно числу рамок двухфазной обмотки статора, выполнены через один из ферромагнитного материала, например, листового пермаллоя и токопроводящего немагнитного материала, например, листового алюминия, меди

и т. п.,..,...

При введении ротора 2 в статор 1 сектора 3 и 4 оказывают противоположное влияние на величину индуктивной связи между лежащими непосредственно над секторами участками обмоток 5, 5 и 6. Ферромагнитные сектора 3 увеличивают потокосцепление участков двухфазных однофазных обмоток, а токопроводящие немагнитные сектора 4, за счет вихревого эффекта, уменьшают его.

Из-за указанного влияния секторов ротора при повороте его индуктивная связь между обмоткой 6 и, например, обмоткой 5 меняется и максимальна при расположении секторов ротора точно под рамками обмотки 5. При использовании, например, однофазной обмотки 6 в качестве входной обмотки питания датчика в двухфазных обмотках 5, 5 индуцируются напряжения, изменяющиеся при вращении ротора по закону треугольника с линейным участком .±90°, как это показано на фиг. 3 (кривые 7, 7). Изменение напряжений является следствием изменения взаимоиндукции М

между обмотками. Сдвиг напряжений 7, Т на 90° объясняется соответствующим пространственным смещением обмоток 5, 5 и позволяет устранить неоднозначность в положении ротора при его вращении в пределах полной щкалы измерений углов (О-360° для датчика без электрической редукции). В общем случае число периодов изменения напряжений 7 и 7 при полном обороте ротора равно числу пар полюсов статора.

Принцип построения датчика позволяет получить и синусоидальный характер изменения взаимоиндукции обмоток 5 и 5 и б при вращении ротора, как это показано на фиг. 3 (кривые 8 и й ).

Уто обеспечивается, как и в известных датчиках, синусоидальным законом распределения площади витков рамок, т. е. секционированием последних, либо соответствующим выбором тангенциальных размеров секторов ротора. Благодаря этому имеется возможность использования датчика в виде синус-косинусного поворотного трансформатора и фазовращателя. Во всех случаях возможно как двухфазное, так и однофазное включение датчика.

Предлагаемый датчик может быть выполнен в полностью немагнитном исполнении, что достигается исключением ферромагнитных секторов и, как следствие, приводит к уменьщению коэффициента передачи датчика по напряжению.

Предмет изобретения

Высокочастотный датчик угловых перемещений, содержащий диэлектрический статор с размещенными на нем двухфазной обмоткой рамочного типа и однофазной обмоткой (кольцевой), бесконтактный ротор, выполненный в виде пар ферромагнитных и немагнитных металлических секторов цилиндра по числу пар полюсов статора, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и надежности работы устройства, в нем витки двухфазной обмотки рамочного типа расположены вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.

55 6

// /

5iPuz.i 5 6

/I /

Фиг.З