Индуктивный датчик положения Советский патент 1981 года по МПК G01D5/20 G08C19/06 

1Изобретение относится к устройствам автоматического контроля пере-. мещеиий, а именно к датчикам положения ротора машин и механизмов.

Известен индуктивный датчик перемещений, содержащий согласующий трансформатор и чувствительные индуктивные элементы, подключенные к вторичной обмотке согласующего трансформатора, выполненной из двух последовательно соединенных секций, средняя точка соединения которых через ре;зистор нагрузки соединена с точкой соединения обмоток чувствительных элементов 1.

Недостаток этого датчика состоит в сравнительно низкой точности из-за неидентичности температурных характеристик плеч моста, который образуют чувствительные элементы с секциями вторичной обмотки согласующего трансформатора.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является индуктивный датчик положения, например для бесконтактного электродвигателя постоянного тока, выходные обмотки которого через согласующие трансформаторы подключены к фазочувствительным усилителям-демодуляторгил

на транзисторах, в коллекторную цепь каждого транзистора включена дополнительная обмотка положительной обратной связи,размещенная на согласующем трансформаторе.Датчик вырабатывает прямоугольные двухполярные выходные сигналы, каждый из которых позволяет высокоэффективно управлять двумя работающими в противофазе силовыми транзисторами коммутатора вентильного электродвигателя 2.

Недостатками известного датчика являются относительная сложность изза большого требуемого числа размещенных на статоре индуктивных чувствительных элементов и трудность получения выходнЕ с сигналов с изменяемой по заданному закону относительной длительностью импульсов противоположной полярности, необходимых для реализации экономичных вентиль;ных двигателей с регулируемой частотой вращения. Указанные недостатки усложняют технологию изготовления датчиков, обусловливают большое число связей (проводов) между его чувствительными и преобразующими элементами, затрудняют миниатюризацию и снижают надежность управляемых ими вентильных двигателей.

Цель изобретения - повышение надежности датчика.

Поставленная цель достигается за счет того, что в индуктивный датчик положения, содержащий чувствительный элемент, один конец обмотки которого подключен к одному концу первичной обмотки согласующего трансформатора, выполненной из двух пос1 ледовательно соединенных секций,

средняя точка которых через выходную обмотку питающего трансформатора и резистор соединена с вторым концом обмотки чувствительного элемента, вторичные обмотки согласующего трансформатора соединены с входами фазочувствительного демодулятора, введены трехстержневый магнитопровод с первичной и вторичной обмотками и источник тока подмагничивания, подключенный к первичной обмотке трехстержневого магнитопровода, один конец вторичной обмотки которого соединен с вторым концом первичной: обмотки согласующего трансформатора, а другой конец - с вторым концом обмотки чувствительного элемента.

На .фиг. 1 приведена электрическая схема индуктивного датчика положения; на фиг, 2 - вариант выполнения датчика с подмагничиванием полем постоянного магнита; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы датчика.

Индуктивный датчик положения содержит чувствительный элемент 1, на который воздействует поле постоянного магнита 2, закрепленного на роторе, трехстержневьай магнитопровод 3, источник 4 тока подмагничивания, согласующий трансформатор 5, резистор 6, фазочувствительный демодулятор 7, питающий трансформатор 8. Фазочувствительный демодулятор 7 собра на диоде 9 транзистора 10, питаемом от преобразователя повышенной частоты (не показан) через трансформатор 8, выходную обмотку 11, выпрямительный мост 12, сглаживающий фильтр, содержащий конденсатор 13 и резистор 14, и нагрузку, например блокированные диодами 15 и 16 встречно и последовательно включенные база-эмиттерные переходы силовых транзисторо.в 17 и 18 коммутатора вентильного дйигателя (не показан), Входные и вь ходные цепи транзистора 10 подключены к обмоткам согласующего тра 1Сформатора 5.

ilpji подаче напряжения от трансФорматора 8 на датчик в цепях чувствительного элемента 1 магнитопровода 3 текут токи ±2, и ijсоответственно (фиг. 3 а и б) величины которых определяются, при прочих равных, условиях, магнитным состоянием магнитопроводов этих чувствительных элементов. При вращении магнита 2 (фиг. 1 и 2) сердечник чувствительного элемента 1 периодически насыщается, и в его цепи появляется ток ±2/ модулированный по амплитуде (фиг. 3 а. ), Так как магнитопровод Л ненасыщен, когда индукция подмагничивающего магнитного поля равна нулю (магнит на фиг. 2 удален от магнитопровода 3 или отсутствует ток подмагничивания, создаваемый источником тока 4 на фиг, 1), то ток в его цепи всегда меньше тока в цепи чувствительного элемента 1, в окрест ностях которого индукция магнитного поля .всегда отлична от нуля за счет полей рассеивания магнита 2. Поэтому полярность напряжения на нагрузке датчика определяется фазой тока в цепи чувствительного элемента 1 (фиг. 3 г).

В момент времени, когда вращаю-, щийся магнит 2 удаляется от магнитбпровода Чувствительного элемэнта 1, последний выходит из насыщзния, уменьшается ток в его цепи и падение напряжения на резисторе 6, вследстви ч.его увеличивается напряжение, приложенное к обмотке магнитопровода 3, и магнитопровод 3 выходит на границу насыщения (средняя часть диаграммы на фиг. J 6J. Поэтому даже при небольшом увеличении индукции подмагничивающего магнитного поля в магнитопроводе 3 (при увеличении подмагничивающего тока источника 4) в эти моменты времен.и происходит насыщение магнитопровода 3 и увеличение тока i (фиг, 3 в) до значени больших, чем в цепи чувствительного элемента 1, На обмотках трансформатора 5 появляется напряжение, модулированное по фазе и амплитуде. При инвертировании фазы выходного сигнала фазочувствительный демодулятор 7 обеспечивает изменение полярности напряжения Цц на нагрузке (фиг, 3 д)

Дальнейшее увеличение индукции подмагничивающего магнитного поля в магнитопроводе 3 вызывает еще большее возрастание тока i в его цепи, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение интервала времени между двумя очередными инвертированиями фазы напряжения на обмотках трансформатора 5, и, как следствие, увеличение длительности импульса напряжения U| с полярностью, определяемой фазой тока i з f а также соответственное уменьшение длительности импульса этого напряжения с полярностью, определяемой фазой тока (фиг, 3 е),

Указанное свойство предложенного датчика изменять относительную длительность равнополярных импульсов напряжения на его нагрузке может быть использовано при построении вентильных двигателей, у которьох регулирование и стабилизация скорости вращения осуществляется широтно-импульсным способом (ШИМ) с естественной частотой следования импульсов ШИМ т.е. наиболее экономично.

Формула изобретения

Индуктивный датчик положения, содержащий чувствительный элемент, один конец обмотки которого подклю,чен к одному концу первичной обмотки согласующего трансформатора, выполненной из двух последовательно соединенных секций, средняя точка которых через выходную обмотку питающего трансформатора и резистор соединена с вторым концом обмотки чувствительного элемента, вторичные обмотки согласующего трансформатора соединены с входами фазочувствительного демодулятора, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности датчика, в него введены трехстержневый магнитопровод с первичной и вторичной обмбтками и источник тока подмагничивания, подключенный к первичной обмотке трехстержневого магнитопровода, один конец вторичной обмотки которого соединен с вторым концом первичной обмотки согласующего трансформатора, а другой конец - с вторым концом обмотки чувствительного элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Борзов М.И. Индуктивные преобразователи угла в код. М.,

5 Энергия, 1970, с. ЗЬ.

2.Авторское свидетельство СССР 377850 кл. G 08 С 19/06,

1969 (прототий).

P r rvj VVVrV v.r.u

u)i

A

Д-ЧА

v

wt

/H

jr

-

гу

fft