Датчик угловой скорости вращения вала Советский патент 1983 года по МПК G01P3/48 

.(S) ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для определения скорости валов меха1низмов и машин. По осйовному авт.св. JP 6071 известен датчик угловой скорости вра щения вала, содержащий зубчатый элек тропроводный диск и катушку индуктив ности, включенную в измерительную схему. С целью повышения глубины модуляции выходного сигнала пазы электропроводного диска заполнены замкнутым по окружности ферромагнетиком СП. Недостаток этого датчика заключается в низкой помехоустойчивости к промышленным помехам и импульсным электромагнитным полям, что затрудняет его использование в ряде механизмов и машин. Высокая чувствительность этого датчика к помехам вызвана тем, что при его работе величина индуктивности статора изменяется в некоторых пределах, не меняя своего знака, причем индуктивность всегда остается большей нуля, поэтому при воздействии на катушку статора и проводники, соединяющие ее со схемой автогенератора, внешних электромагнитных полей происходит изменение условий возбуждения генератора (баланса фаз и баланса амплитуд ), последнее приводит к паразитной амплитудной и частотной модуляции выходного сигнала. Наложение паразитной модуляции на модуляцию, обусловленную вращением ротора, снижает точность измерения угловгой скорости и приводит к появлению сбоев в показаниях регистрирующего прибора, подключенного к выходу датчика. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости датчика угловой скорости вращения вала. Поставленная цель достигается тем что в датчик угловой скорости враще« ния вала введена вторая катушка индуктивности, причем-первая и вторая катушки индуктивности выполнены зубцеобразными с шагом, равным шагу зуб цов ротора, и сдвинуты одна относительно другой на половину их зубцового деления, при этом обе катушки индуктивности соединены со схемой автогенератора. На фиг. 1 изображена конструкция датчика угловой скорости вращения ва ла; на фиг. 2 - схема выполнения катушек индуктивности статора; на фиг. временные диаграммы сигналов датчика при непрерывном вращении ротора. Датчик угловой скорости вращения вала (фиг.1) содержит-входной вал 1, отцентрированный во вращающихся опорах 2, установленных в разъемном кор пусе 3. На валу 1 жестко закреплен ротор, выполненный из диамагнитного материала например алюминиевый сплав Д-16 ) с радиальными.прорезями, заполненными замкнутым по окружности ферромагнетиком. В корпусе 3 закреплен статор 5 с первой 6 и второй 7 катушками индуктивности (фиг.2). Статор представляет собой диск из диэлектрика с радиальными прорезями, равномерно расположенными по окружности, в которые уложены первая 6 и вторая 7 катушки индуктивности, имеющие угловой шаг Т , равный шагу зубцов ротора k. При этом катушки ин дуктивности смещены одна относительной другой по углу на половину их зубцового деления. Собственная электромагнитная связь М между первой и второй катушками индуктивности (при удаленном роторе )равна нулю вследствие того, что ЭДС, наводимые в каж дом участке одной катушки со стороны симметрично расположенных участков второй катушки, равны по величине и противоположны по знаку. Датмик работает следующим образом При вращении ротора его зубцы пос ледовательно перекрывают полюса первой и второй катушек индуктивности статора, при этом изменяется эффективная площадь экранирования катушек и, следовательно, коэффициент их эле тромагнитной связи Н по синусоидальному закону (фиг.З). Величина М изменяется от максимального положитель ного значения (через нуль ) до максимального отрицательного значения. Прохождение зубцов ротора над полюсами катушек приводит к срыву 9 54 колебаний автогенератора (нарушается не только условие баланса амплитуд но и условие баланса фаз), поскольку коэффициент электромагнитной связи катушек принимает отрицательное значение. При перекрытии полюсов катушек участками, пазов ротора, заполненными ферромагнетиком, М становится положительным и автогенератор возбуждается -(соблюдается условие баланса амплитуд и баланса фаз ). Таким образом, на выходе автогенератора образуется напряжение U, представляющее собой пачки высокочастотных колебаний (фиг.З). Использование в датчике двух катушек индуктивности со знакопеременным коэффициентом электромагнитной связи М в функции угла поворота ротора обеспечивает нечувствительность датчика к импульсным электромагнитным помехам и повышает стабильность моментов возбуждения и срыва колебаний автогенератора, так как изменение режима работы последнего (генерация или пауза ) происходит в момент изменения знака связи катушек (при переходе М через нуль ). Изменение знака электромагнитной связи может произойти либо при повороте ротора либо при изменении направления тока лишь в одной из катушек. При воздействии электромагнитных помех направление наведенного тока одинаково в обеих близкорасположенных катушках, равномерно распределенных на статоре. Следовательно, электромагнитная связь между катушками не меняет знака под действием помех и не изменяются условия возбуждения или срыва колебаний автогенератора. При положениях ротора, соответствующих положительной полуволне электромагнитной связи М катушек, генератор находится в режиме возбуждения вне зависимости от величины и формы наводки, а при положениях ротора, соответствующих отрицательной полуволне, генератор жестко заперт и датчик нечувствителен к внешним электромагнитным воздействиям, что исключает появление ложных сигналов на выходе датчика. Стабильность моментов возбуждения и срыва колебаний повышается за счет установления максимальной степени связи активного элемента автогенератора с катушками индуктивности. В известном датчике это сде59

лать невозможно из-за того, что индуктивность катушки не меняет знака и при превышении некоторой величины степени связи активного элемента с катушкой срыв колебаний прекращается и датчик становится неработоспособным.

Пачки высокочастотных колебаний с выхода автогенератора подаются на амплитудный детектор, на выходе которого образуются прямоугольные импульсы и,(фиг.З), поступающие на регистрирующий прибор. Поскольку частота возбуждений и срывов колебаний автогенератора пропорциональна угловой скорости ротора, показания регистрирующего прибора соответствуют измеряемой угловой скорости вращения.

Выходным сигналом датчика являются прямоугольные импульсы с большой крутизной фронтов, благодаря чему повышается точность измерения малых угловых скоростей в присутствии интенсивных помех.

При использовании в качестве регистрирующего прибора электронносчетного частотомера оказывается возможным получить индикацию на цифровом табло непосредственно В единицах .скорости вращения (об/мин ). Для этого ротор датчика выполняется с числом прорезей равным 60, а время счета частотомера устанавливается равным 1 Нижний предел диапазона измеряемых , скоростей При этом равен 1 об/мин, а верхний предел достигает 30 тыс.об/ /мин. и. ограничивается механической прочностью конструктивных элементов.

Наличие второй дополнительной обмотки статора, смещенной относительно первой на половину их зубцоврго

256

деления, позволяет точно фиксировать моменты возбуждения и срыва колебаний автогенератора независимо от внеш них возмущающих факторов. Это дает возможность повысить помехоустойчивость и точность датчика при его эксплуатации в условиях интенсивных электромагнитных помех(в составе электроду гового сварочного оборудования, установок высокочастотного нагрева, в электромагнитной дефектоскопической аппаратуре).

Предлагаемый датчик выгодно отличается от известного возможностью упрощения измерительной схемы и увеличения длины соединительных кабелей, что устраняет необходимость разработки ряда датчиков, имеющих близкие диапазоны измеряемых скоростей вращения.

Формула изобретения

Датчик угловой скорости вращения вала по авт. св. № 6071, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введена вторая катушка индуктивности, причем первая и вторая катушки индуктивности выполнены зубцеобразными с шагом, равным шагу зубцов ротора, и сдвинуты .одна относительно другой на половину их зубцового деления, при этом обе катушки индуктивности соединены со схемой автогенератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

7л// rji

I

I I

(PU9.3

(

I