Датчик положения и скорости

Датчик положения и скорости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву Р 859797 (22) Заявлено 3 0380 (21) 2907066/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 071082, Бюллетень ¹ 37 (511М. Кл.з

G 01 P 3/46

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 5 31 ° 7 7 1 (088.8) Дата опубликования описания 071082

Московский автомеханический институт (71) Заявитель (54.) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ

Изобретение относится к технике автоматического крнтроля и регулирования и может быть использовано для одновременного измерения углового положения и скорости вращения различного рода валов и механизмов.

Известно, что для измерения скоростей вращения используются индукционные и магнитоиндукционные датчики скорости (1 ) и (2).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик положения, содержащий магнитопровод, магнитострикционный элемент, включенный в магнитопройод, пьезоэлектрический чувствительный элемент, источники МДС, ферромагнитный коммутатор.

Наводимыи на обкладках пьезоэлектрических элементов. датчика .электрический сигнал практически не зависит от скорости перемещения ферромагнитного коммутатора, что обуславливает,целесообразность его примЕнения в качестве датчика положения (3 ).

В некоторых случаях целесообраз" но иметь один датчик, дающий инфррма. цию о положении и скорости перемещения движущегося объекта, например, в цифровых системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Однако ни одна из описанных систем датчиков не может обеспечить выполнение этои задачи.

Целью изобретения является расширение Функциональных возможностей датчика путем получения информации о скорости.

Поставленная цель достигается тем, что полюсные наконечники магнитопровода снабжены обмотками, включенными последовательно согласно, в которых наводится сигнал, характе-, ризующий скорость перемещения управляющего элемента ферромагнитного коммутатора.

Модулированный коммутатором магнитный поток вызывает изменение размеров магнитострикционного элемента магнитопровода, деформацию пьезоэле20 ментов, на обкладках которых при этом генерируются электрические заряды. Полученный таким образом электрический сигнал не зависит от скорости перемещения управляющего элемента коммутатора. Одновременно в дополнительной обмотке наводится сигнал, величина которого пропорциональна скорости перемещения коммутатора.

Сигнал с пьезоэлементов можно непосЗ0 редственно использовать для опреде964535 ления положения, а сигнал с дополнительной обмотки — для определения скорости перемещения управляющего элемента ферромагнитного коммутатора.

На фиг. 1 изображен датчик полол<ения и скорости, разрез (с возбуждением от постоянных магнитов);на фиг. 2 — осциллограммы выходного напряжения с выходов датчика, на фиг.3графики зависимости выходного напря- 10 жения сигнала положения и сигнала скорости от частоты.

Датчик перемещения и скорости состоит из двух пьезокерамических элементов 1 цилиндрической Формы, соединенных торцами через прокладку 2 механически последовательно, а электрически параллельно. Другимй торцами пьезоэлементы 1 упираются через наконечники 3 в магнитострикционный 2О стержень 4, выполненный из материала с отрицательной магнитострикцией.

Пьезоэлементы 1, прокладка 2 с выходом 5 и наконечники 3 размещены в защитном электроизоляционном корпусе 6, образуя единый элемент, называемый пьезоэлектрическим генератором с магнитострикционным приводом. По концам стержня 4 закреплены полюсные башмаки 7 датчика с дополнительной обмокой 8, в которой наводится сигнал, характеризующий скорость перемещения объекта, Полюсные башмаки 7 и стержень 4 являются неподвижной частью 9 магнитопровода датчика. Подвижная часть датчика образована ферромагнит-35 ным коммутатором 10 с источником 11 магнитодвижущей силы (постоянным магнитом), Датчик работает следующим образом.

При вращении ферромагнитного ком- 4Q мутора 10, за счет источника 11 МДС в магнитострикционном стержне 4 наводится знакопеременное магнитное поле. Стержень 4 деформируется, пьезоэлементы сжимаются, а на их оФкладках появляется электрический сигнал, который используется для определения положения движущегося объекта. Одновременно в обмотке 8 наводится сигнал, величина которого пропорциональна скорости /перемещения коммутатора 10. Этот сигнал снимается с выходов 12.

Датчик положения и скорости отно55 .ится к многофункциональным автономным датчикам генераторного типа. В нем объединены два генератора — магнитоэлектрический и пьезоэлектрический с магнитострикционным приводом.

В связи с этим он обладает следующимИ особенностями: на выходе 5 сигнал (практически без изменения) может сохраняться в течение нескольких секунд при неподвижном коммутаторе 10; величина. сигнала на выходе 5 в диапазоне частот от 0,1 Гц до 1,5 кГц не зависит от скорости перемещения коммутатора и определяется напряженностью .магнитного поля и сердечника 4, сигнал с выхода 12 практически линейно зависит от частоты вращения коммутатора 10.

Экспериментальные исследования датчика показали его высокую чувствительность, надежность и стабильность в работе. Экспериментальные кривые выходного напряжения датчика с выходов 5 и 12 приведены на фиг.2.

На фиг. 2а показаны осциллограммы, снятые на низких частотах, а на фиг. 2б — на высоких. По данным экс- перимента построены графики зависимости величины сигнала с выходов 5 и 12 датчика от частоты.

Предлагаемый датчик особенно эффективно использовать в бесконтактных двигателях постоянного тока, используемых в регулируемом электроприводе, в цифровых системах зажигания двигателей внутреннего сгорания и других случаях, когда необходимо иметь информацию о положении и скорости движущегося объекта одновременно.

Формула изобретения

Датчик положения и скорости по авт.св. 9 859797, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей путем получения информации о скорости, полюсные наконечники магнитопровода датчика снабжены обмотками, включенными последовательно согласно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Юферов Л.A. и Потапов Ф.М.

Измерение вращающих моментов и скоростей вращения микроэлектродвигателей. M., 1974, с. 95-96.

2. Проектирование датчиков.для измерения механических величин.Под ред. Е.П.Осадчего. М., 1979. с. 130.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2850746, кл. G 01 Р 5/46, 06.12.79 (прототип).

964535

Составитель Е.Швецов

Техред А.Ач КорректорО.Билак

Редактор О.Юрковецкая филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.11роектная, 4

Заказ 7620/24 Тираж 887 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5