Преобразователь угла поворота вала в код

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий уста:новленные один против другого элемент возбуждения и считывающий элемент, между которыми размещен кодовый диск с кодовыми дорожками, образованными парами радиально смещенных вставок из магнитопроводящего материала, отличающийся тем, что, с целью повьшения достоверности получаемой информации путем увеличения отношения сигнал/помеха в широком диапазоне частот сигнала возбуждения преобразователя, кодовый диск вьтолнен из однородного электропроводящего материала с толщиной, по меньшей мере вдвое превышающий глубину проникновения тока на нижней частоте рабочего диапазона сигнала возбуждения, (Л а между парами радиально смещенных вставок из магнитопроводящего материала выполнены соединяющие их сквозные прорези. оо 00 о 4 а

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1088 46 (д1) G 08 С 9/04 .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPChOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

° °

ЪФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3540550/18-24 (22) 11.01.83 (46) 23.04.84. Бюл. № 15 (72) Б.М.Костин (7l) Волгодонское производственное объединение атомного энергетического машиностроения "Атоммаш" им.Л.И.Брежнева (53) 681.325(088.8) (56) 1. Осадчий Е.П. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. M., "Машиностроение", 1979, с. 236.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 765848, кл. G08 С 9/04, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР № 580573, кл. G .08 С 9/04, 1 977 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА В КОД, содержащий установленные один против другого элемент возбуждения и считывающий элемент, между которыми размещен кодовый диск с кодовыми дорожками, образованными парами радиально смещенных вставок из магнитрпроводящего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности получаемой информации путем увеличения отношения"сигнал/помеха в широком диапазоне частот сигнала возбуждения преобразователя, кодовый диск выполнен из однородного электропроводящего материала с толщиной, по меньшей мере вдвое превышающий глубину проникновения тока на нижней частоте ра- Ф бочего диапазона сигнала возбуждения, а между парами радиально смещенных вставок из магнитопроводящего материала выполнены соединяющие их сквоз- С ные прорези.

46 2! 0880

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и контроля, а именно к электромагнитным трансформаторным преобразователям уг" лового положения вала в код, и может

5 быть использовано для связи движущихся объектов с цифровым вычислительным устройством или пультом управления и индикации. ,Известен кодовый датчик, содержащий зубчатый кодовый диск из диамагнитного материала и трансформатор, представляющий собой пару катушек, на-. мотанных на П-образных сердечниках, расположенных по разные стороны зубчатого венца диска, но образующих единый магнитспровод, разделенный воздушным промежутком (зазором). Выступы (зубцы) кодового диска являются экранами, перемещающимися при вращении диска в указанном зазоре и изменяющими магнитное сопротивление единого магнитопровода. Тем самым модулируется выходной (импульсный или синусоидальный) сигнал датчика .Г 1 . 25

Недостатком данного датчика являет" ся невысокое отношение сигнал/помеха, обусловленное наличием принципиально необходимого для данного датчика значительного воздушного зазора. ЭтотЗО зазор, превышающий толщину расположенного в нем зубчатого венца диска, создает значительное магнитное сопротивление и уменьшает мощность выходного сигнала при передаче уровня ло.гической (когда амплитуда выходI I 11 «35 ного напряжения должна быть максимальной). Уменьшение толщины диска с целью увеличения уровня логической

"!" не приводит к повышению отноше40 ния сигнал/помеха, так как одновременно увеличивается сигнал помехи из-за худшего экранирования.

Известен также магнитный преобра45 зователь положения вала в код, содержащий кодовые барабаны, собранные из разрядных дисков, выполненных из немагнитного материала с ферромагнитными вставками из компаунда с ферри" товым наполнителем, и магнитные голов ки считывания, установленные с зазором относительно барабанов и выполненные в виде дифференциального индуктивного датчика с Н-образными сердечниками. Головки считывания снабжены устройством регулирования полезного сигнала в виде набора прокладок,. пакеты которых установлены между голов" ками считывания и корпусами кодовыи барабанов, и устройством регулировки сигнала помехи, выполненным в .виде набора компенсационных ферромагнитных и немагнитных шайб, установленных на торцах головок считывания (2 ) .

Данный преобразователь имеет сложную конструкцию и большую трудоемкость регулировки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является преобразователь угла поворота вала в код, содержащий закрепленные один относительно другого элемент возбуждения и считывающий элемент, между которыми размещен кодовый диск из. электроизоляционного материала с двусторонним металлизированным покрытием. Кодовые дорожки данного диска заполнены магнитопроводящим материалом, т.е. имеют магнитопроводящие вставки. П-образные сердечники элемента возбуждения и считывающего элемента, в обмотки которых подается сигнал опроса и с.которых соотвественно снимается выходной сигнал, взаимодействуют с парами смещенных одна дтносительно другой по радиусу диска кодовых дорожек, магнитопроводящие вставки размещены парами и имеют равную угловую протяженность

Г33 °

Недостатком известного преобразователя является малая достоверность выдаваемой им информации, особенно на низких частотах сигнала опроса, вследствие слабого подавления сигнала помехи при передаче уровня логического "0" (когда амплитуда выход" ного сигнала должна быть минимальной), так как экранирующее действие осуществляется только двумя тонкими слоями металлизированного покрытия кодового диска. Остальная толщина диска заполнена изоляционным материалом, который для магнитного поля раравнозначен воздушному промежутку.

Эффективность экранирующего действия металлизированного слоя определяется отношением толщины этого слоя к глубине проникновения тока на частоте . сигнала опроса (сигнала возбуждения), Для низких частот сигнала возбуждения (опроса) глубина проникновения тока оказывается значительной, гораздо больше толщины слоев металлизированного покрытия, и экранирующее действие этих слоев становится недостаточным.

Целью изобретения является повьнпение достоверности получаемой информации путем увеличения отношения сигнал/ помеха в широком диапазоне частот сигнала возбуждения преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе угла поворота вала в код, содержащем установленные один против другого элемент возбуждения и считывающий элемент, между кото"10 рыми размещен кодовый диск с кодовыми дорожками, образованными парами. радиально смещенных вставок из магнитопроводящего материала, кодовый диск выполнен из однородного электропрово-1 дящего материала с толщиной, по меньшей мере вдвое превышающей глубину проникновения тока на нижней частоте рабочего диапазона сигнала возбуждения, а между парами радиально смещенных вставок иэ магнитопроводящего материала выполнены соединяющие их сквозные прорези.

Такая конструкция кодового диска обеспечивает увеличение отношения .сигнал/помеха в широком диапазоне частот сигнала возбуждения, так как выполнение диска из однородного электропроводящего материала указанной толщины гарантирует необходимое

30 подавление сигнала помехи (уровня малого сигнала) даже на нижней частоте сигнала возбуждения (на более высоких частотах подавление будет больше), а выполнение в диске сквозных прорезей, соединяющих пары ра- З5 диально смещенных магнитопроводящих вставок, обеспечивает отсутствие потерь при передаче сигнала уровня логической "1" (уровня максимального сигнала), так как введение прорезей 40 устраняет образование замкнутых витков вокруг каждой магнитопрово- р дящей вставки, отсутствие прорезей привело бы к подавлению сигнала большого уровня, особенно значитель- 45 ному на высоких частотах сигнала возбуждения.

На фиг.1 показан кодовый диск преобразователя угла поворота вала в код с одной кодовой дорожкой из 50 четырех пар магнитопроводящих вставок и с одним трансформатором, состоящим из элемента возбуждения и считывающего элемента; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1. 55

Преобразователь содержит выполненный из однородного электропроводящего материала кодовый диск 1 с

46 4 кодовыми дорожками, образованными размещенными в диске 1 чередующими" ся парами магнитоцроводящих вставок

2 и 3, имеющих равную угловую протяженность, но различное положение по радиусу диска 1 (смещены одна относительно другой по радиусу диска 1).

Напротив кодовых дорожек, по разные стороны от кодового диска 1, с минимальным зазором от его поверхностей установлены элемент 4 возбуждения и считывающий элемент 5, представляющие собой, например, U-образные сердечники с размещенными на них обмотками, вместе они образуют трансформатор, имеющий единый магнитопровод. Магнитопроводящие встав-, ки 2 и 3 выполнены из магнитомягкого материала с большой магнитной прони: цаемостью,а также - с большим удельным электрическим сопротивлением или имеют обычную для трансформаторных сердечников пластинчатую конструкцию из изолированных одна от другой и от материала диска 1 тонких пластин (во избежание потерь на вихревые токи).Толшина указанных вставок 2 и

3 соответствует толщине диска l.

Каждую пару магнитопроводящих вставок 2 и 3 соединяет сквозная прорезь

6 (на фиг. 1 показаны четыре пары магнитопроводящих вставок, соединенных соответственно четырьмя сквозными прорезями). Форма сквозной прорези 6 произвольна, основное условие — она: должна связывать соседние магнитоцроводящие вставки в паре. Толщина кодового диска l выбрана такой, что она по меньшей мере вдвое превьппает глубину проникновения тока на нижней частоте диапазона сигнала возбуждения.

Преобразователь угла поворота вала в код может быть выполнен с кодовым диском 1, в котором упомянутые сквозные прорези 6 заполнены электроизолирующим компаундом с температурным коэффициентом линейного расширения, соответствующим температурному коэффициенту линейного расширения материала диска 1. Это повышает механическую прочность и жесткость конструкции ко1» дового диска, особенно при колебаниях температуры окружающей среды.

Преобразователь угла поворота вала в код работает следующим образом.

В обмотку элемента 4 возбуждения подается переменный ток возбуждения (синусоидальный или импульсный). В зависимости от угла поворота кодового ! 088046 диска 1 в зазоре между элементом 4 возбуждения и считывающим элементом

5 могут оказаться.магнитопроводящие вставки 2 и 3 или электропроводящий материал кодового диска !. В положе- S нии диска 1, когда в зазоре между элементом 4 возбуждения и считывающим элементом 5 оказывается пара магнитопроводящих вставок 2 и 3, образу ет .я единый замкнутый магнитопровод, состоящий из магнитопровода элемента

4 возбужцения, магнитопровода считыва" щего элемента 5 и двух разделенных малыми воздушными зазорами магнитопроводящих вставок 2 и 3. Магнитное сопротивление такого единого магнитопровода невелико, переменный ток максимален, и в обмотке считывающего элемента 5 чаводится максимальная

ЗДС (выходное напряжение соответству- 20 ет уровню логической "1"); Сквозные прорези 6, соединяющие соседние магнитопроводящие вставки 2 и 3, каждая . из которых имеет большое удельное электрическое сопротивление, препят- 25 ствуют образованию двух замкнутых витков (по витку вокруг каждой из вставок), и уменьшения сигнала не происходит. Замкнутый виток вокруг пары соединенных сквозной прорезью

6 магнитопроводящих вставок 2 и,3 уменьшения сигнала не вызывает, так как в любой момент времени внутри этого большого витка .имеются два равных и противоположно направленных магнитных потока, в результате суммарный ноток всегда равен нулю.

В положении кодового диска 1, когда в зазоре между элементом 4 возбуждения и считываюп!и!ч элементом

5 оказывается электропроводящий материал диска !, переменный магнтный поток вызывает появление в материале диска 1 вихревых токов. Эти токи

1 I создают магнитный поток, направленный против основного потока, и в обмотке считывающего элемента 5 наводится минимальная ЭДС помехи (уровень сигнала логического "0"). Экранирующее действие электропроводящего материала диска будет эффективней, если толщина диска будет выбрана по меньшей мере вдвое превышающей глубину проникновения тока на нижней частоте рабочего диапазона сигнала возбуждения. Данное обстоятельство имеет особое значение для оборудования атомных электростанций (АЭС), когда связь подвижных объектов управления, находящихся в реакторном зале

1 под герметичной оболочкой, с пультом управления и цифровым вычислительным устройством, находящимися в обслуживаемом помещении осуществляется длиннымн линиями связи. В этом случае, во избежание высокочастотных потерь в линиях связи, прихсдится использовать довольно низкие частоты сигнала возбуждения, при которых глубина проникновения тока увеличивается, и для эффективного экранирования кодовый диск должен иметь значительную толщину.

ВНИИПИ Заказ 2678/48

Тираж 569 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,. 4