Емкостной датчик перемещения Советский патент 1977 года по МПК G01D5/248 G01B7/00 

1

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для непрерывного определения текущих координат, скорости н направления движения объекта.

Известен емкост.ный датчик положений содержащий ряд неподвижных металлических пластин, образующих одну из обкладок конденсатора и одну узкую подвижную пластину - вторую обкладку конденсатора, предназначенный для регистрации положений подвижного объекта в дискретных точках траектории его перемещения и характеризующийся значительными погрещностями преобразования.

Известно также многокоаксиальное преобразующее устройство дискретного дейст ВИЯ, содержащее генератор синусоидальных колебаний и общее для всех каналов кодирующее устройство в виде диска с размещенными на его поверхности кодирующими элементами и одиночные считывающие зонды на каждый канал, который имеет ем соствый мост, в двух плечах которого установлены

кодирующие емкости, усилитель, фазовый детектор и триггер Шмидта,

Однако в таком устройстве возможны потери информации о положении перемещающегося объекта при внезапном отключении питающей сети и оно недостаточно защищено от промышленных помех, что в итог-е приводит к снижению точности и надежности преобразования.

Цель изобретения - повышение точности и надежности преобразования.

Эта цель достигаефся тем, что в предлагаемом устройстве к перестраиваемым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкости дифференциального многослойного конденсатора, общая обкладка которого, устанавливаемая на перемещающемся объекте, содержит две группы по п прямоугольных пластин, размещенных симметрично с двух сторон от основания пластин общей обкладки и чередуются с этими пластинами и пластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной 1, при этом yiOJi наклона оси симметрии общей обютадкн к траектории мещения объекта равен

(-It)

h

.oC atcstn

Iff

где fj и fj- резонансные частоты перестраиваемых контуров частотного детектор соответствующие двум крайним положениям объекта;

h - высота треугольника .пластин, соответствующая резонансной частоте каждого перестраиваемого контура;

максимальное перемещение объекта,/,

m

На фиг, 1 изображена структурная схема предлагаемого датчика; на фкг, 2 - его принципиальная электрическая схема; на фиг. 3 - пример конструктивного выполнения емкостного кодирующего устройства датчика; на фиг. 4 - пример формы корректирующей прокладки.

Датчик содержит генератор синусоидальных колебаний 1| частотный детектор 2., емкостное к1эдирующее устройство 3 и выходной усилитель 4.

Контуры частотного Детектора (см. фиг, 2) составлены двумя одинаковыми чеперестраивающимися индуктивностями 5 и 6 и емкостями 7 и 8 кодирующего устройства. Каждый из контуров 5, 7 и 6, 8 через свой детектор 9 или 10 нагружей на интегрирующие емкости 11 или 12 и общую токовую схему сравнения на резис. торах 13, 14, 15. Выход частотного детектора подключен к входу усилителя постоянного тока 16, Контуры частотного детектора питаются током высокой частоты от разделенных выходов генератора синусоидальных колебаний 17 посредством трансформаторной связи 18 и 5, 19 и 6 и настроены так, что крайние значения резонансных частот, соответствующие двум крайним положениям подвижного объекта, лежат по одну сторону от частоты питающего их генератора.

Емкостное кодирующее устройство, реализующее изменение емкостей 7 и 8 по квадратичному закону для случая линейного перемещения объекта, представляетсобо многослойный дифференциальный конденсатор (см, фиг, 3), каждая из обкладок А, Б, В которого состоит цз множества геометрически одинаковых элементов, объединенных общими основаниями. Общая обкладка Б конденсаторов 7 и 8, установленн ная на подвижной части объекта, содержит две одинаковые группы И прямоугольных пластин 20, причем каждая пластина по длине несколько гфевышает максимально возможную величину перемещения подвижной части объекта и все пластннь размещены равномерно по высоте с обеих сторон от общего для них основания 21.

Неподвижные обкладки А и В, образук щие с общей обкладкой Б емкости 7 и 8, установлены на общем изолирующем основании и содержат по одной группе ( п - 1) пластин 22 треугольной формы.

Пластины обеих обкладок А и В конденсатора располагаются между пластинами соответствующих групп обкладок Б и могут перемещаться между ними, так что при перемещении обкладки Б совместно с подвижной частью объекта емкость конденсатора 7 увеличивается, а емкость конденсатора 8 умёньшается и наоборот.

Указанная закономерность изменения емкостей достигается благодаря наклону длинных сторон пластин общей обкладки Б к траектории ее перемещения на угол

fi )

U-lL

ОС

л fj

где f J и f 2 - выбранные значения резонансных частот контуров, соответствующие двум крайним положениям обкладки Б, установленной на подвижной части объекта;

h - выбранное значение высоты треугольника, соответствующее резонансной частоте каждого- из перестраиваемых контуров;

максимальная величина перемещения подвижной части объекта на участке от х до х i или наоборот, . Конструкция кодирующего устройства обеспечивает образование площадей взаимного перекрытия пластин обкладок А и В в форме треугольников с пластинами обкладки Б, Медианы треугольников обкладок А и В нормально расположены к траектории перемещения обкладки Б, а углы у основания треугольников находятся в соотношении

р- 06 If ч-Сб.

Площадь взаимного перекрытия каждой пары Пластин определяется по формуле:

3 (4toL)+ctg(p-o),

где 1т и d - высота и основание треугольника, линейно зависимые от положения подвижного объекта на траектории перемещения

Для уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных некоторой нелинейностью частотной характеристики детектора, в каждом конденсаторе мемаду отдельными парами взаимоперекрыБлюшихся элеметов по длине обкладки Б проложены корректирующие прокладки 23 из диэлектрика с постоянной ,

Форма корректирую.цих прокладок, ЯБ ляющихся подстроечными :-)пемонта.мн кодарующего устройства, определена BenHHifr ной и характером отклонения частотной характеристики детектора от прямолинейной.

Устройство работает следующим образом При перемещении контролируемого объекта совместно с установленной на нем обкладкой Б относительно неподвижных обкладок А и В происходит изменение площадей взаимного перекрытия между пластинами обкладок А и Б, В и Б и определяемых ими емкостей 7 и 8 контуров детектора. В результате изменения резонансных частот контуров относительно неизменной частоты генератора изменяются величины индуцированных напряжений на контурах и детектированных напряжений на интегрирующих емкостях 11 и 12, разность которых определяет выходное напряжение детектора.

Формула изобретения

Емкостный датчик перемещений, содержащий последовательно включенные генератор синусоидальных колебаний, частотный детектор с перестраиваемыми по частоте контурами, усилитель постоянного тока и подключенное к частотному детектору ем:костное кодирующее устройство в виде

дифференциального многослсйного конденсатора, отличающийся тем.

что, с целью повышения точности и надежности преобразования, к перестраиваемым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкости дифференциального многослсйного конденсатора, общая обкладка которого , устанавливаемая на перемещающемся объекте, содержит две группы по О -прямоугольных пластин, размещенных симметрично с двух сторон от обиюго для них основания, а две другие неподвижные обкладки, содержащие по ( |1 - 1) пластин в виде треугольника, установлены симметрично с двух сторон от основания пластин общей обкладки и чередуются с этими пластинами и пластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной 1, при этом угол наклона оси семметрии общей обкладки к траектории перемещения объекта равен:

O.rcs.-n(l-)

ж 11 /

где f J и fg. - резонансные частоты перестраиваемых контуров частотного детектора, соответствующие двум крайним положениям объекта;

h - высота треу1 ольника пластин, соответствующая резонансной частоте каждого перестраиваемого контура;

максимальное перемещение объекта.

вылод

Фиг.2 |вкг -:;i - - - - . - Л- - -- - ,

Фиг. .,..