Датчик угла поворота вала
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и автоматике и может быть использовано, в частйЬсти,для измерения угловых перемещений. Целью изобретения является повышение точности датчика угла поворота вала за счет увеличения коэффициента электрической редукции. Датчик угла поворота содержит два кольцевых магнитопровода, установленных соосно с зазором и имеющих П-образное сечение. На одном из них размещен кольцевой постоянный магнит 3 и выполнены зубцы, а на другом размещены группы магниточувствительных элементов 4 и 5, выполненнь е в виде магниторезистивных матриц. Эти элементы распределены в каждой группе с двумя чередующимися шагами,один из которых кратен половине зубцового деления, причем соседние магниточувствительные элементы, принадлежащее к разным группам, смещены один отно- . сительно другого на угол, кратный 1/8 зубцового деления первого магнитопровода . При работе датчика обеспечивается изменение магнитной индукции в воздушном зазоре по гармоническому закону с амплитудой, обеспечивающей изменение сопротивления магниторезисторов в соответствии с квадратичным участком их характеристики преобразования . 3 ил.
СО)ОЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСГ)УБОИН (l9) О!) (51) 4 G 01 В 7!30
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2i) 3972120/25-28 (22) 05.11.85 (46) 23.03.87. Бюл. Ф (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (72) И.П.Дешко, К.В.Молчанов, В.А.Мордвинов и Н.В.Петропольский (53) 621.317.39: 531. 71 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 342210, кл. G 01 В 7!30, 1973
Авторское свидетельство СССР
Р 773426ь кл. G 01 В 7/ 30, 1979. ° (54) ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и автоматике и может быть использовано, в част6Ьсти,для измерения угловшх перемещений. Целью изобретения является повышение точности датчика угла поворота вала за счет увеличения коэффициента электрической редукции.
Датчик угла поворота содержит два кольцевых магннтопровода„ установленных соосно с зазором и имеющих
П-образное сечение. На одном из них размещен кольцевой постоянный магнит 3 и выполнены зубцы, а на другом размещены группы магниточувствительных элементов 4 и 5, выполненные в виде магниторезистивных матриц. Эти элементы распределены в каждой группе с двумя чередующимися шагами, один из которых кратен половине зубцового деления, причем соседние магнито увствительные элементы, принадлежащие к разным группам, смещены один отно-, сительно другого на угол, кратный i/8 зубцового деления первого магнитопровода. При работе датчика обеспечивается изменение магнитной индукции н воздушном зазоре по гармоническому закону с амплитудой, обеспечивающей изменение сопротивления магниторезисторов в соответствии с квадратичным участком их характеристики преобразования. 3 ил.
Т, = (2К-1)
Т (3) где К - целое 1, 2, 3,..., то шаг Т.
1 может быть определен из условия:
1 12985
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и автоматике и может быть использовано, в частности, для измерения угловых перемещений, например, угла поворота враща- 5 ющегося вала.
Целью изобретения является повышение точности измерения угла поворота путем увеличения коэффициента электрической редукции, благодаря чему 10 обеспечивается более высокая частота изменения информационного сигнала на выходе датчика в функции угла поворота контролируемого вала.
На фиг. 1 показан датчик угла поворота, сечение по его продольной оси, на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.1 на фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг. 1.
Датчик угла поворота вала содержит два кольцевых магнитопровода 1 и 2, установленные соосно и разделенные зазором. Кольцевые магнитопроводы 1 и 2 имеют П-образное сечение и установлены торцами один к другому. На одном из торцов магнитопровода 1 установлен кольцевой постоянный магнит 3, а другой торец выполнен зубчатым. На торце магнитопровода 2,сопряженном с зубчатым торцом.магнитопровода 1, размещены две группы маг- З0 ниточувствительных эцементов 4 и 5, 1 выполненные в виде магниторезистивной матрицы и установленные на общей магнитомягкой цодложке с последовательным соединением между элементами 35 в каждой группе. Магниточувствительные элементы ;расположены по окружности с двумя чередующимися шагами Т„ и
Т, один из которых например Т, кратен в нечетное число раз половине 40 зубцового деления Т первого магнитопровода, а соседние магниточувствительные элементы 4 и 5, принадлежащие к различным группам, смещены один относительно другого на угол, кратный 5 в нечетное число раз одной восьмой зубцового деления.
Работа датчика основана на использовании магниторезистивного эффекта, который заключается в увеличении со- 50 противления полупроводникового магниторезистивного элемента при внесении его в магнитное поле. Магнитное поле в датчике создается с помощью кольцевого постоянного магнита 3, при этом 55 в рабочем воздушном зазоре, образованном зубцами магнитопровода 1 и магниточувствительными элементами 4
26 2 и 5 создается определенная индукция магнитного поля, соответствующая ра боте магниторезисторов на квадратичном участке их характеристики. Период изменения магнитной индукции для каждого магнитореэистора равен периоду расположения зубцов, т.е. эубцовому делению Т, Каждая группа состоит из ш последовательно соединенных магниторезисторов. Принадлежность магниторезистора к данной группе и положение в ней по периферии магнитопровода 2 характеризуется двумя индексами
i u j . .Значение индекса i (i 4,5) соответствует обозначению группы магниторезисторов на фиг. 3, а значение индекса j (j=1,2,..., m/2) соответствует порядковому номеру в своей группе магниторезистора с данным значением индекса
Поскольку магнитореэисторы работают на квадратичном участке своей характеристики, то зависимость сопротивления R магнитореэистора от маг1 нитной индукции В;„. имеет вид
Ri я. + ЯВ14 (1) где R, — сопротивление магнитореэистора в отсутствии магнитного поля, S — крутизна квадратичного участка характеристики;
В;„ — магнитная индукция, воздействующая на магниторезистор с индексами i
Выбором соответствующей конфигу; рации зубцов распределение магнитной индукции в рабочем воздушном зазоре может быть приближено к синусоидальному, поэтому зависимость магнитной индукции В,„. (ck) от угла о поворота вала имеет вид:
В;„. (М)=В +В, з)п (— оС+Ч,. ), (2)
2Й где  — амплитуда постоянной составо ляющей магнитной индукции, В, — амплитуда ее переменной составляющей, Ч ;; - начальная фаза.
Поскольку шаг Т размещения магни1 торезисторов кратен в нечетное число раэ половине зубцового деления Т:
-{Т, +Т ) = 2З .
1? 98526 4 (4) бочем воздушном зазоре, влияющего на точность датчика, I
С учетом изложенного можно показать, что сопротивления магниточувствительных элементов 4 н S изменяют- g ся в функции угла Ы поворота вала по гармоническому закону;
Датчик угла поворота вала, содержащий установленные соосно, торцами один к другому и разделенные зазором два кольцевых магнитопровода П-образного сечения, кольцевой постоянный магнит, размещенный на одном из торцов первого кольцевого магнитопровода, на другом торце которого выполнены равномерно расположенные по его окружности зубцы, и размещенные на торце второго кольцевого магнитопровода, сопряженном с зубчатым торцом первого магнитопровода, группы магниточувствительных элементов, выпол0 ненные в виде магниторезистивной матрицы и установленные на общей магнитомягкой подложке с последовательным соединением между элементами в каждой .группе, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения угла поворота путем увеличения коэффициента электрической редукции, магниточувствительные элементы в каждой группе распределены по
: окружности второго магнитопровода с двумя чередующимися шагами, один из которых в нечетное число раз кратен половине эубцового деления, а смежные магниточувствительные элементы, принадлежащие к разным группам, смещены один относительно другого на угол, кратный в нечетное число раз одной восьмой зубцового деления первого магнитопровода.
{5)
R (d) R, -(-1) R sin(+У, (6)
4Pg целое число.
Р1з. (5) и (6) видно, что выходные сигналы датчика изменяются в функции .угла поворота с периодом, в который25 в два раза меньше зубцового деления
Т, Следовательно, коэффициент электрической редукции датчика увеличивается в два раза и становится равным удвоенному числу зубцов кольцевого магнитопровода 1. Благодаря более высокой частоте изменения выходных сигналов датчика угла повышается точность преобразования угла поворота без увеличения числа зубцов датчика, 35 которое связано с увеличением их размеров во избежание магнитного насыщения зубцов и ухудшения гармонического состава магнитной индукции н ра40
К,=В., -R, соя (т + М );
4_#_ л где R =0,5m(2R +283 +SB ), Ф нхп
Т к„„- sn з|п
83 (0,5m-1)
1 Нъ
Формула изобретения
t298526
Составитель С.Скрыпник
Редактор С.Патрушева Техред И.Ходанич Корректор И.Эрдейи
Заказ 875/ч0 Тираж 678 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул, Проектная, 4
