Бесконтактный датчик для определения смещений ротора

Бесконтактный датчик для определения смещений ротора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к сенсорному устройству для измерения характеристик ротора, в частности, смещений ротора, и к устройству, оборудованному таким сенсорным устройством.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бесконтактные электромагнитные датчики, в частности, датчики вихревых токов и индуктивные датчики (также называемые реактивными датчиками) часто используются для мониторинга смещений ротора в машинах и механизмах, таких как насосы и компрессоры. Контроль положения ротора имеет особое значение, если ротор подвешен на активных магнитных подшипниках, где требуется информация о положении для управления магнитными подшипниками.

Датчик вихревых токов обычно содержит преобразователь, подсоединенный к схеме обработки сигналов. Между преобразователем и схемой обработки сигнала может быть расположен многовыводной соединительный кабель. В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения преобразователь содержит одну измерительную катушку. Схема обработки сигналов содержит генератор сигнала, который возбуждает переменный ток высокой частоты в измерительной катушке, часто на частотах, превышающих 100 кГц. Высокочастотный ток создает переменное магнитное поле вокруг измерительной катушки, которое индуцирует вихревые токи в соседней электропроводящей мишени на роторе. Вихревые токи, в свою очередь, индуцируют в измерительной катушке электродвижущую силу (ЭДС), которая приводит к изменению импеданса преобразователя. Такие изменения импеданса обнаруживаются схемой обработки сигнала, чтобы обеспечить индикацию расстояния между датчиком и мишенью. С этой целью схема обработки сигнала может содержать аналоговый или цифровой демодулятор. Пример измерительной системы с одной катушкой с цифровым демодулятором раскрыт в патенте США №6664782. В этом документе также рассматриваются некоторые общие проблемы, связанные с преобразователями с одной катушкой.

Индуктивные датчики работают по очень похожему принципу, что и датчики вихревых токов. Тем не менее, рабочая частота индуктивных датчиков, как правило, ниже, чем рабочая частота датчиков вихревых токов, часто в диапазоне всего нескольких кГц. Мишень с высокой магнитной проницаемостью, например, ферромагнитная или ферримагнитная мишень, непосредственно влияет на собственную индуктивность измерительной катушки. В дальнейшем, датчики смещений на основе вихревых токов и индуктивные датчики смещений в совокупности будут называться бесконтактными электромагнитными датчиками смещений.

В некоторых применениях преобразователи бесконтактных электромагнитных датчиков смещений могут подвергаться воздействию неблагоприятных механических, физических и химических условий, таких как сильные вибрации, высокие температуры, высокие давления, высокая влажность или наличие химически агрессивных веществ. Значительные усилия были предприняты в известном уровне техники, чтобы получить герметичные преобразователи, способные выдерживать такие неблагоприятные условия. Пример раскрыт в патенте США №5818224. Тем не менее, диапазон рабочих условий, в которых могут использоваться такие герметичные преобразователи, ограничен, при этом конструктивные усилия по интеграции полностью герметичных преобразователей в устройства могут быть высокими.

Кроме того, датчики с преобразователями с одной катушкой чувствительны к ошибкам температуры вследствие температурных изменений импеданса не только преобразователя, но и соединительного кабеля. Изменение импеданса вследствие температурного дрейфа или изменения влажности могут быть ошибочно приняты за изменения импеданса в связи с изменением расстояния между преобразователем и мишенью. Это приводит к неточным измерениям расстояния. Проблема усугубляется в тех случаях, когда необходимо подключить схему формирования сигнала к преобразователю через довольно длинный соединительный кабель, как это может быть в случае больших вращающихся машин, таких как компрессоры или большие насосы, где длина кабеля может легко превысить 20 метров и может достигать 300 и более метров.

Некоторые из этих проблем были решены в предшествующем уровне техники с использованием преобразователей с несколькими катушками. Например, в патенте США №6803757 предлагается использовать преобразователь с несколькими катушками, включая измерительную катушку, катушку возбуждения и эталонную катушку. Генератор сигналов возбуждает катушку возбуждения, чтобы создать вихревые токи в мишени. Измерительная катушка расположена между катушкой возбуждения и мишенью, и выводит наведенное напряжение, которое зависит от расстояния между датчиком и мишенью. Эталонная катушка индуктивно соединена с катушкой возбуждения и не подвержена влиянию мишени. Сигналы от эталонной катушки подаются обратно в генератор сигналов, с тем, чтобы поддерживать магнитное поле, которое создается катушкой возбуждения, по существу постоянным. Для подсоединения преобразователя к оставшейся схеме требуется шесть проводов.

В патенте Великобритании №1295460 раскрыт датчик, в котором используется преобразователь с двойной катушкой. Измерительная катушка и эталонная катушка совмещены в аксиальном направлении в общем электропроводящем корпусе преобразователя, причем измерительная катушка расположена рядом с одним из концов корпуса, тогда как эталонная катушка находится на некотором расстоянии от этого конца. Измерительная катушка и эталонная катушка соединены последовательно, чтобы сформировать первое и второе плечи мостовой схемы. Третье и четвертое плечи мостовой схемы образованы последовательно соединенными, идентичными вторичными обмотками первого трансформатора. Средние выводы между каждой парой плеч соединены с первичной обмоткой второго трансформатора. Измерительная катушка и эталонная катушка обычно возбуждаются путем подачи тока на первичную обмотку первого трансформатора. Импеданс измерительной катушки зависит от наличия электропроводящей мишени вблизи первого конца, тогда как импеданс эталонной катушки остается в значительной степени не зависящим от наличия мишени. Это приводит к тому, что мостовая схема становится несбалансированной, что приводит к появлению напряжения переменного тока на первичной обмотке второго трансформатора. Результирующее напряжение на вторичной обмотке второго трансформатора определяется с помощью демодулятора. Для подсоединения датчика к оставшейся схеме необходимы по меньшей мере три провода. Датчик с подобной электрической схемой также описан в патенте США №3491289.

В патенте США №5617023 раскрыты различные варианты выполнения индуктивного датчика положения. В некоторых вариантах выполнения два преобразователя расположены на противоположных сторонах направляющей лифта. Каждый преобразователь содержит первичную обмотку и вторичную обмотку на общем магнитном сердечнике. Первичные обмотки соединены в последовательной конфигурации с генератором сигналов, а вторичные обмотки соединены во встречно-последовательной конфигурации с синхронным детектором. Таким образом, обнаруживается только разность напряжений, индуцируемых во вторичных обмотках. Для соединения двух катушек каждого преобразователя с оставшейся схемой необходимы четыре провода.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание бесконтактного электромагнитного сенсорного устройства, которое специально приспособлено для определения смещений вращающегося вала в роторной машине, причем сенсорное устройство имеет простую схему проводки и пригодно для использования с длинными кабелями.

Эта цель достигается с помощью сенсорного устройства, выполненного в соответствии с п.п. 1 или 10 формулы изобретения. Другие варианты выполнения изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения.

В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает сенсорное устройство для определения характеристик ротора, содержащее:

первую и вторую измерительные катушки, каждая из которых выполнена с возможностью взаимодействия с поверхностью ротора для обнаружения смещений ротора относительно первой и второй измерительных катушек; и

входной трансформатор, имеющий первичную обмотку и по меньшей мере первую и вторую вторичные обмотки, причем первичная обмотка входного трансформатора формирует вход для сигнала возбуждения;

при этом первая измерительная катушка, вторая измерительная катушка и вторичные обмотки входного трансформатора соединены с образованием мостовой схемы, причем мостовая схема содержит первое, второе, третье и четвертое плечи, где первое плечо содержит первую измерительную катушку, второе плечо содержит вторую измерительную катушку, причем первое плечо и второе плечо соединены последовательно с формированием между ними общей точки соединения, третье плечо содержит первую вторичную обмотку входного трансформатора, а четвертое плечо содержит вторую вторичную обмотку входного трансформатора, причем третье и четвертое плечи соединены последовательно с формированием между ними общей точки соединения,

причем общая точка соединения между первым и вторым плечами мостовой схемы соединена с первым контактом первого вывода для первого выходного сигнала, и

общая точка соединения между третьим и четвертым плечами мостовой схемы соединена со вторым контактом первого вывода.

Термин «вывод» следует интерпретировать в самом широком смысле, как относящийся к любой конструкции, которая обеспечивает возможность осуществлять электрическое соединение, предназначенное для считывания выходного сигнала. Вывод может, например, иметь форму соединителя, штепселя или пары паяных соединений, которые даже не должны быть смежными друг с другом.

При соединении двух измерительных катушек вторичных обмоток входного трансформатора в мостовой схеме, возбуждение и детектирование разделены. Сигнал возбуждения подается на первичную обмотку входного трансформатора, и только разностный сигнал детектируется в качестве выходного сигнала на выводе. Этот разностный сигнал отражает величину, на которую ротор смещен относительно двух измерительных катушек. Сигнал возбуждения может быть передан от генератора сигналов к первичной обмотке входного трансформатора через кабель. Аналогично, выходной сигнал может быть считан с вывода через кабель. Путем разделения (большого) возбуждающего напряжения и (сравнительно небольшого) разностного сигнала и передачи этих напряжения по кабелю по отдельности, чувствительность к изменениям импеданса кабеля значительно сокращается. Это дает возможность использовать длинные кабели.

Входной трансформатор также используется в патенте Великобритании №1295460. Тем не менее, важное отличие настоящего изобретения, по сравнению с этим документом, заключается в расположении и функции катушек, взаимодействующих с входным трансформатором: тогда как в патенте Великобритании №1295460 эти катушки представляют собой измерительную катушку и эталонную катушку одного преобразователя, причем только на измерительную катушку влияет движение мишени, а в настоящем изобретении обе катушки представляют собой измерительные катушки, которые выполнены с возможностью взаимодействия с ротором, предпочтительно с противоположно направленными поверхностями ротора. Таким образом, ротор образует мишень для обеих измерительных катушек. На импеданс (в особенности, индуктивности) измерительных катушек с противоположным знаком предпочтительно влияют перемещения этой мишени вдоль заранее заданного направления, то есть, если мишень перемещается в заданном направлении, импеданс одной из измерительных катушек увеличивается, тогда как импеданс другой измерительной катушки уменьшается. Чтобы обеспечить возможность размещения измерительных катушек близко к ротору, каждая из измерительных катушек может, например, быть частью отдельного преобразователя, причем преобразователи выполнены с возможностью индивидуального позиционирования относительно ротора. В других вариантах выполнения измерительные катушки могут быть расположены на общем носителе, например, на общей печатной плате, которая имеет такую форму, чтобы обеспечить возможность размещения катушек близко к ротору. Настоящее изобретение не ограничивается конкретной конфигурацией измерительных катушек, до тех пор, пока они могут быть размещены таким образом, чтобы взаимодействовать с ротором, и, предпочтительно, с противоположно направленными поверхностями ротора.

Термин «взаимодействие с противоположно направленными поверхностями ротора» следует понимать как охватывающий любую ситуацию, в которой измерительные катушки взаимодействуют с поверхностями, нормали к которым направлены в противоположных направлениях. Поверхности могут, например, представлять собой радиально противоположные части внешней периферийной поверхности вала ротора, для обнаружения радиальных смещений. В этом случае измерительные катушки располагают на противоположных радиальных сторонах вала ротора. В случае полого ротора поверхности могут представлять собой радиально противоположные части внутренней периферийной поверхности ротора. В этом случае обе измерительные катушки располагают внутри полого ротора направленными радиально противоположно. В других вариантах выполнения измерительные катушки для обнаружения аксиальных смещений могут, например, быть расположены на аксиально противоположных поверхностях упорного диска.

В других вариантах выполнения изобретения каждая из измерительных катушек может, например, быть расположена на аксиально противоположных сторонах периферийной кромки на периферийной поверхности вала ротора, причем указанная кромка отделяет две области на валу ротора, которые имеют различные магнитные восприимчивости или электропроводности, для обнаружения аксиальных смещений ротора. В частности, могут быть предусмотрены две периферийных кромки, разграничивающие кольцо материала мишени, который имеет чувствительность, отличающуюся от чувствительности смежного материала ротора, или кромки, разграничивающие периферический паз или выступающее в радиальном направлении кольцо. Дополнительная измерительная катушка может быть соединена последовательно с каждой из первой и второй катушки измерительными катушками и может быть расположена в радиально противоположной конфигурации от соответствующей измерительной катушки, так что каждое плечо из первого и второго плеч мостовой схемы содержит две последовательно соединенных измерительных катушки, выполненные с возможностью взаимодействия с радиально противоположно направленными поверхностями ротора. Радиальные смещения ротора будут влиять на импедансы последовательно соединенных катушек в каждом плече с противоположным знаком, компенсируя влияние радиальных смещений на выходной сигнал. Таким образом, обнаруживаются только осевые смещения.

Входной трансформатор может использоваться для согласования импеданса мостовой схемы, преобразуемого трансформаторами, и характеристического импеданса (волнового сопротивления) кабелей. Это обеспечивает возможность использования измерительных катушек, которые специально адаптированы к конкретному приложению, без того, чтобы согласовывать импедансы самих измерительных катушек с кабелями. Например, могут использоваться измерительные катушки с малым количеством витков и толстые изолирующие слои. Таким образом, становится возможной более прочная конструкция преобразователя.

Дополнительные элементы согласования импеданса, в частности, конденсаторы, могут быть подсоединены к входным трансформатором для улучшения согласования импеданса. Элементы для согласования импеданса могут содержать по меньшей мере один конденсатор, соединенный параллельно с первичной обмоткой или с по меньшей мере одной из вторичных обмоток входного трансформатора. Может использоваться один единственный конденсатор, подсоединенный параллельно первичной или последовательно соединенным вторичным обмоткам. Тем не менее, также существует возможность использовать более сложные согласующие конструкции, образованные большим количеством конденсаторов и/или индуктивностей, например, в виде L-, Т- или Pi-структур, как это само по себе хорошо известно в области высокочастотной электроники.

Особенно предпочтительно подключать такие элементы ко вторичным обмоткам входного трансформатора для достижения согласования импеданса в первичной обмотке. В частности, сенсорное устройство может содержать:

входной кабель, подсоединенный к первичной обмотке входного трансформатора, причем входной кабель имеет первый характеристический импеданс; и

по меньшей мере один элемент согласования импеданса, подсоединенный к первой и/или ко второй вторичной обмотке входного трансформатора, для согласования входного импеданса первичной обмотки входного трансформатора и характеристического импеданса входного кабеля.

Вместо этого, или в дополнение к этому, можно использовать элементы согласования импеданса, которые подсоединены к первичной обмотке входного трансформатора.

Элементы согласования импеданса предпочтительно расположены в непосредственной близости от входного трансформатора. В частности, если входной трансформатор отделен от измерительных катушек стенкой, например, стенкой корпуса машины, то предпочтительно, чтобы элементы согласования импеданса были расположены на той же стороне от стенки, что и входной трансформатор. Тем не менее, если элементы согласования импеданса подсоединены к вторичной стороне входного трансформатора, то также возможно расположить элементы согласования импеданса в непосредственной близости от измерительных катушек, в частности, на той же самой стороне разделительной стенки, на которой расположены измерительные катушки.

В дополнение к входному кабелю или вместо него, могут использоваться передающие кабели для подсоединения вторичных обмоток входного трансформатора (т.е. третьего и четвертого плеча мостовой схемы) к измерительным катушкам (т.е. к первому и ко второму плечу мостовой схемы). Импеданс элементов, подсоединенных к дальнему концу передающих кабелей, предпочтительно должен быть согласован с характеристическим импедансом передающих кабелей. Опять же, для этой цели могут использоваться элементы согласования импеданса, такие как конденсаторы. В частности, устройство может содержать:

первый передающий кабель, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец соединен с третьим плечом мостовой схемы, а второй конец соединен с первым плечом мостовой схемы, при этом первый передающий кабель имеет первый характеристический импеданс;

второй передающий кабель, имеющий первый конец и второй конец, причем первый конец соединен с четвертым плечом мостовой схемы, а второй конец соединен с вторым плечом мостовой схемы, при этом второй передающий кабель имеет второй характеристический импеданс; и

причем один или несколько элементов согласования импеданса соединен со вторыми концами первого и второго передающих кабелей для согласования входных импедансов в первом и во втором плечах мостовой схемы и характеристических импедансов первого и второго передающих кабелей.

Опять же, элементы согласования импеданса предпочтительно расположены в непосредственной близости от вторых концов передающих кабелей. В частности, если эти концы отделены от измерительных катушек стенкой, то предпочтительно, чтобы элементы согласования импеданса были расположены на той же самой стороне стенки, что и концы кабелей. Тем не менее, также возможно расположить элементы согласования импеданса в непосредственной близости от измерительных катушек, в частности, на той же самой стороне разделительной стенки, на которой расположены измерительные катушки.

Тогда как можно непосредственно передавать выходной сигнал из вывода в схему детектирования, предпочтительно сначала преобразовать этот выходной сигнал с помощью выходного трансформатора. С этой целью сенсорное устройство может содержать первый выходной трансформатор, имеющий первичную обмотку и вторичную обмотку, причем первичная обмотка первого выходного трансформатора соединена с первым и вторым контактом первого вывода.

Если выходной кабель подсоединен ко вторичной обмотке выходного трансформатора, выходной импеданс на вторичной обмотке выходного трансформатора должен снова предпочтительно быть согласован с характеристическим импедансом выходного кабеля. Согласование импедансов может снова быть улучшено за счет использования элементов согласования импеданса, в частности, одного или несколько конденсаторов. Целесообразно добиться согласования импедансов путем подсоединения элементов согласования импеданса ко входу выходного трансформатора. Более конкретно, сенсорное устройство может содержать:

выходной кабель, подсоединенный ко вторичной обмотке первого выходного трансформатора и имеющий характеристический импеданс; и

один или несколько элементов согласования импеданса, подсоединенных к первичной обмотке выходного трансформатора, для согласования выходного импеданса на вторичной обмотке выходного трансформатора и характеристического импеданса выходного кабеля.

Кроме того, или в качестве альтернативы, можно также подсоединить элементы согласования импеданса ко вторичной обмотке выходного трансформатора. Элементы согласования импеданса предпочтительно содержат конденсатор, соединенный параллельно с первичной или вторичной обмоткой выходного трансформатора. Тем не менее, возможны и другие варианты выполнения, как обсуждалось выше в связи с возможностью согласования импеданса на входном трансформаторе.

Опять же, элементы согласования импеданса предпочтительно расположены в непосредственной близости от выходного трансформатора. В частности, если выходной трансформатор отделен от измерительных катушек стенкой, то предпочтительно, чтобы элементы согласования импеданса были расположены на той же самой стороне стенки, что и выходной трансформатор. Тем не менее, если элементы согласования импеданса подсоединены к первичной обмотке выходного трансформатора, также возможно расположить элементы согласования импеданса в непосредственной близости от измерительных катушек, в частности, на той же стороне разделительной стенки, на которой расположены измерительные катушки.

Если не используется ни один выходной трансформатор, или же если выходной трансформатор расположен в удалении от измерительных катушек, то выходной сигнал может быть передан из вывода к схеме детектирования или к выходному трансформатору через выходной кабель. С этой целью сенсорное устройство может содержать:

выходной кабель, имеющий характеристический импеданс и содержащий первый проводник и второй проводник, каждый из которых имеет первый и второй концы, при этом первый конец первого проводника соединен с первым контактом первого вывода (или, что эквивалентно, с общей точкой соединения между первым и вторым плечами мостовой схемы), а первый конец второго проводника соединен со вторым контактом первого вывода (или, что эквивалентно, с общей точкой соединения между третьим и четвертым плечами мостовой схемы); и

один или несколько элементов согласования импеданса, подключенных к первому концу первого проводника и ко второму концу второго проводника, чтобы согласовывать выходной импеданс мостовой схемы на первом выводе и характеристический импеданс выходного кабеля.

Опять же, элементы согласования импеданса предпочтительно расположены в непосредственной близости от первого конца проводников кабеля. В частности, если вывод отделен от измерительных катушек стенкой, то предпочтительно, чтобы элементы согласования импеданса были расположены на той же самой стороне стенки, что и вывод. Тем не менее, также возможно расположить элементы согласования импеданса в непосредственной близости от измерительных катушек, в частности, на той же стороне разделительной стенки, на которой расположены измерительные катушки. Как уже говорилось выше, элементы согласования импеданса могут содержать один или несколько конденсаторов и/или индуктивностей.

Как описано выше, предпочтительно согласовывать выходные импедансы некоторых или всех источников сигнала, которые подключены к кабелям, и входные импедансы некоторых или всех нагрузок, которые подключены к кабелю, с характеристическим импедансом соответствующего кабеля. Без такого согласования импеданса, на входе и/или на выходе кабеля будут происходить отражения и, как следствие, потери при передаче. Кроме того, поведение всей измерительной схемы будет сильно зависеть от длины кабеля. Такие проблемы особенно сильно ощущаются в измерительных системах с одной катушкой из предшествующего уровня техники, в которых согласование импедансов на том конце кабеля, где расположен преобразователь, как правило, не представляется возможным. Сигналы от генератора сигналов, таким образом, отражаются на границе раздела между кабелем и преобразователем и непосредственно достигают схему детектирования. Эти отражения могут быть учтены с помощью калибровки; тем не менее, этот вид компенсации не будет работать, если импеданс кабеля изменяется после калибровки, из-за изменений условий окружающей среды. Этот эффект особенно заметен при использовании длинных кабелей. Настоящее изобретение разделяет пути передачи для возбуждения и детектирования и обеспечивает возможность согласования импеданса для обоих путей передачи, сводя, тем самым, к минимуму отражения и потери при передаче. Отражений нельзя избежать полностью из-за допусков, связанных с кабелями. Тем не менее, отраженные сигналы, поступающие от генератора сигналов, больше не отражаются обратно в схему детектирования, из-за разделенных путей передачи. Кабели по-прежнему будут приводить к фазовому сдвигу из-за задержки распространения в кабеле; тем не менее, такой фазовый сдвиг не сильно зависит от параметров окружающей среды, таких как температура и влажность, и может быть легко компенсирован.

В контексте настоящего изобретения, входной импеданс нагрузки или выходной импеданс источника сигнала считаются согласованными с номинальным характеристическим импедансом кабеля, если разность между абсолютными значениями входного/выходного импеданса и номинальным характеристическим импедансом кабеля составляет менее 20%, более предпочтительно менее 10%, от номинального характеристического импеданса, и если реактивная составляющая входного/выходного импеданса меньше, чем 20%, более предпочтительно меньше чем 10% от абсолютной величины номинального характеристического импеданса. Например, входной или выходной импеданс считается согласованным с кабелем, имеющим характеристический импеданс 50 Ом, если абсолютное значение входного/выходного импеданса составляет от 40 до 60 Ом, более предпочтительно от 45 до 55 Ом, и если реактивная составляющая (мнимая часть комплексного импеданса) составляет менее 10 Ом, более предпочтительно менее 5 Ом. Поскольку допуски на импеданс типичных кабелей находятся в диапазоне 10%, согласование импедансов лучше чем 10% будет разумным только тогда, когда используются специальные кабели с особо низкими допусками.

Входной трансформатор и выводы (и, если это применимо, также выходной трансформатор) могут быть пространственно отделены от измерительных катушек стенкой, например, стенкой корпуса машины, в которой расположены измерительные катушки. В такой ситуации сенсорное устройство может содержать проходные соединители для подачи электрических сигналов через стенку. Только три таких проходных соединителя необходимы для подсоединения двух измерительных катушек к входному трансформатору и выводу: Первый проходной соединитель соединяет «свободный» конец первого плеча мостовой схемы (т.е. тот конец первого плеча, который не соединен с общей точкой соединения вторым плечом) со «свободным» концом третьего плеча (т.е. с тем концом третьего плеча, который не соединен с общей точкой соединения четвертого плеча). Следует напомнить, что первое плечо представляет собой плечо, которое содержит первую измерительную катушку, а третье плечо представляет собой плечо, которое содержит первую вторичную обмотку входного трансформатора. Второй проходной соединитель соединяет «свободный» конец второго плеча (т.е. тот конец, который не соединен с первым плечом) со «свободным» концом четвертого плеча (т.е. с тем концом, который не соединен с третьим плечом). Следует напомнить, что второе плечо представляет собой плечо, которое содержит вторую измерительную катушку, а четвертое плечо представляет собой плечо, которое содержит вторую вторичную обмотку входного трансформатора. Третий проходной соединитель соединяет общую точку соединения между первым плечом и вторым плечом (точку, к которой подсоединены первая и вторая измерительные катушки) с первым контактом первого вывода. Все остальные соединения могут быть завершены без прохождения через стенку. В частности, соединения первого плеча и второго плеча (с измерительными катушками) с их общей точкой соединения могут быть завершены на одной стороне стенки, а соединение точки, общей для первой и второй вторичных обмоток входного трансформатора, со вторым контактом первого вывода может быть завершено с другой стороны стенки.

Эти проходные соединители могут быть реализованы различным образом, поскольку они известны в данной области техники. Например, проходные соединители могут быть реализованы в виде одного или нескольких многоконтактных соединителей, которые удерживаются в отверстии стенки, причем каждый штырь каждого соединителя образует один проходной соединитель.

Сенсорное устройство может быть расширено с помощью второй пары измерительных катушек. С этой целью сенсорное устройство может содержать третью и четвертую измерительные катушки. Мостовая схема может иметь пятое и шестое плечо, соединенные последовательно, образуя общую точку соединения между ними, причем пятое плечо содержит третью измерительную катушку, а шестое плечо содержит четвертую измерительную катушку. Общая точка соединения между пятым и шестым плечами мостовой схемы может затем быть соединена с первым контактом второго вывода для второго выходного сигнала.

В этой конструкции вторая пара измерительных катушек имеет входной трансформатор, общий с первой парой измерительных катушек. Таким образом получают два независимых измерительных канала при наличии лишь одного входного трансформатора.

Если измерительные катушки отделены от входного трансформатора и вывода стенкой, то для присоединения четырех измерительных катушек к входному трансформатору и к выводам необходимы только четыре проходных соединителя: Первый проходной соединитель соединяет точку, общую для первого плеча мостовой схемы (содержащего первую измерительную катушку) и пятого плеча (содержащего третью измерительную катушку), со «свободным» концом третьего плеча (содержащего первую вторичную обмотку входного трансформатора). Второй проходной соединитель соединяет точку, общую для второго плеча (содержащего вторую измерительную катушку) и шестого плеча (содержащего четвертую измерительную катушку) со «свободным» концом четвертого плеча (содержащего вторую вторичную обмотку входного трансформатора). Третий проходной соединитель соединяет точку, общую для первого плеча и второго плеча, с первым контактом первого вывода. Четвертый проходной соединитель соединяет точку, общую для пятого плеча и шестого плеча, с первым контактом второго вывода. Все остальные соединения могут быть завершены без прохождения через стенку. В частности, все соединения между первым, вторым, пятым и шестым плечами (в составе измерительных катушек) могут быть выполнены на одной стороне стенки, а соединение точки, общей для третьего и четвертого плеч (содержащих первую и вторую вторичные обмотки входного трансформатора), со вторым контактом первого и второго выводов может быть завершена по другую сторону стенки. Точки, общие для третьего и четвертого плеч и вторые контакты первого и второго выводов физически даже могут представлять собой одну и ту же конструкцию.

Это может быть обобщено на N измерительных каналов с 2N плечами с измерительными катушками, где N>1. Для соединения 2N плеч, содержащих измерительные катушки на одной стороне стенки, с одним входным трансформатором и N выводами по другую сторону стенки требуется только N + 2 проходных соединителей.

Функции входных и выходных трансформаторов также могут быть взаимозаменяемыми, когда входной трансформатор выступает в качестве выходного трансформатора, и наоборот. Таким образом, настоящее изобретение также обеспечивает сенсорное устройство для определения характеристик ротора, содержащее:

первую и вторую измерительные катушки, причем каждая из измерительных катушек выполнена с возможностью взаимодействия с поверхностью ротора для детектирования смещений ротора относительно первой и второй измерительных катушек, и

входной трансформатор, имеющий первичную обмотку и вторичную обмотку, причем первичная обмотка входного трансформатора формирует вход для сигнала возбуждения, и

первый выходной трансформатор, имеющий по меньшей мере первую и вторую первичные обмотки и вторичную обмотку, причем вторичная обмотка формируют первый вывод для первого выходного сигнала,

причем первая измерительная катушка, вторая измерительная катушка и первичные обмотки первого выходного трансформатора соединены с формированием первой мостовой схемы,

при этом первая мостовая схема содержит первое, второе, третье и четвертое плечи, причем первое плечо содержит первую измерительную катушку, второе плечо содержит вторую измерительную катушку, первое плечо и второе плечо соединены последовательно, образуя между собой общую точку соединения, третье плечо содержит первую первичную обмотку (251) первого выходного трансформатора, а четвертое плечо содержит вторую первичную обмотку первого выходного трансформатора, причем третье плечо и четвертое плечо соединены последовательно, образуя между собой общую точку соединения, и

при этом вторичная обмотка входного трансформатора подсоединена между общей точкой соединения первого и второго плеч первой мостовой схемы и общей точкой соединения третьего и четвертого плеч первой мостовой схемы.

Все соображения относительно кабелей и согласования импедансов на концах любых кабелей, как обсуждалось выше, также применимы к этому варианту выполнения. В частности, входной кабель может быть подсоединен к первичной обмотке входного трансформатора. Входной импеданс на первичной обмотке входного трансформатора тогда предпочтительно согласован с характеристическим импедансом входного кабеля. Для улучшения согласования по меньшей мере один элемент согласования импеданса может быть подсоединен к первичной или вторичной обмотке входного трансформатора. Устройство может дополнительно содержать выходной кабель, соединенный со вторичной обмоткой первого выходного трансформатора. Выходной импеданс на вторичной обмотке первого выходного трансформатора тогда предпочтительно согласован с характеристическим импедансом выходного кабеля. Для улучшения согласования по меньшей мере один элемент согласования импеданса может быть соединен с первой и/или второй первичной обмоткой или со вторичной обмоткой первого выходного трансформатора.

Если трансформаторы отделены от измерительных катушек стенкой, снова необходимы только три проходных соединителя через стенку для соединения двух измерительных катушек с двумя трансформаторами: Первый проходной соединитель соединяет точку, общую для первого и второго плеч мостовой схемы (эти плечи содержат измерительные катушки) с одним концом вторичной обмотки входного трансформатора. Второй проходной соединитель соединяет "свободный" конец первого плеча (содержащего первую измерительную катушку) со "свобод