Быстродействующий бесконтактный датчик положения

 

Использование: относится к импульсной технике и может найти применение в устройствах промышленной автоматики. Сущность изобретения: быстродействующий бесконтактный датчик положения содержит два индуктивных генератора, связанных между собой элементом связи, и регистрирующее устройство, причем один из генераторов имеет положительную обратную связь меньше критической, а в качестве регистрирующего устройства применен фазовый компаратор, например D - триггер. 2 ил.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в устройствах промышленной автоматики.

Известно устройство [1] содержащее индуктивный генератор, например блокинг-генератор, амплитудный детектор, компаратор и силовой транзисторный ключ. Индуктивный генератор при отсутствии токопроводящего вещества в активной зоне устройства работает в непрерывном режиме. При появлении в активной зоне токопроводящего вещества, например пластинки из металла, колебания в генераторе срываются. Факт срыва колебаний фиксируется посредством амплитудного детектора компаратором, который в свою очередь подает сигнал управления на силовой транзисторный ключ.

Недостатком известного устройства [1] является низкая частота срабатывания, что обусловлено длительными процессами возбуждения генератора (процесс стабилизации амплитуды колебаний при возбуждении генератора длится примерно десять-пятнадцать периодов частоты генерации) и постоянной времени амплитудного детектора.

Известно также устройство [2] Оно содержит два колебательных контура, два ключевых элемента, два амплитудных детектора, компаратор напряжения, генератор импульсов и силовой транзисторный ключ. Устройство [2] работает на принципе сравнения амплитуды свободных колебаний двух звенящих контуров, один из которых взаимодействует с токопроводящим веществом, а другой служит эталонным. Устройство [2] имеет повышенную частоту срабатывания порядка десятков кГц, однако расстояние срабатывания из-за значительных пульсаций напряжения рабочего и эталонного каналов невелико.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является известное устройство [3] содержащее два индуктивных генератора, связанных между собой элементом связи, например двумя конденсаторами, которые одними выводами соединены друг с другом, а другими выводами подключены к колебательному контуру первого генератора и к колебательному контуру второго генератора соответственно, при этом между точкой соединения выводов конденсаторов и общей точкой схемы устройства подключены параллельно резистор нагрузки и регистрирующее устройство усилитель.

Работает известное устройство [3] на принципе синхронизации колебаний двух связанных генераторов и изменения фазового сдвига сигналов генераторов, возникающего при изменении параметров одного из колебательных контуров.

Достоинством устройства [3] является то, что оно имеет высокую чувствительность и большое быстродействие. Однако ему свойственен существенный недостаток оно теряет упомянутые достоинства и может стать неработоспособно при разности фаз сигналов генераторов более 90^о. При этом значении разности фаз происходит срыв режима синхронизации генераторов. При достаточно сильной связи между генераторами возможно сохранение разности фаз менее 90^о, однако при этом сильно уменьшается чувствительность известного устройства.

Предлагаемое устройство отличается тем, что один из генераторов имеет положительную обратную связь между критической, а в качестве регистрирующего элемента применен фазовый компаратор, например D-триггер.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Предлагаемое устройство содержит индуктивный генератор 1, индуктивный генератор 2, элемент 3 связи, фазовый компаратор 4 и силовой ключ 5. Генераторы связаны между собой через элемент 3 связи. Выходы генераторов 1 и 2 соответственно подключены к входам фазового компаратора 4. Выход фазового компаратора 4 соединен с входом силового ключа 5. Генератор 1 и генератор 2 реализованы в виде индуктивных генераторов. При этом положительная обратная связь в генераторе 1 задана меньше критической. Элемент 3 может быть выполнен в виде конденсатора, индуктивного элемента связи (винта связи), резистивного элемента. В качестве фазового компаратора может быть применен D-триггер. Причем с токопроводящей средой, например с металлом, взаимодействует только катушка индуктивности индуктивного генератора 2.

Работает предложенное устройство следующим образом. Допустим, что устройство не взаимодействует с токопроводящей средой. При включении источника питающего напряжения (не показан) в генераторе 2 возникают колебания, а в генераторе 1 нет. При этом через элемент 3 связи происходит запуск колебаний в генераторе 1 и захватывание частоты и фазы колебаний генератора 1 генератором 2.

Пусть после захвата частоты установился режим, при котором генератор 1 работает на частоте захвата f₁ с фазовым сдвигом ϕ₁, которому соответствует момент времени t₁ (см.фиг.2). Генератор 2 работает также на частоте f₁, но имеет фазовый сдвиг ϕ₂, которому соответствует момент времени t₂. Сигнал U₁ поступает на вход фазового компаратора 4, например на его D-вход. Сигнал U₂ также поступает на свой вход фазового компаратора 4, например на вход С. В этом случае на выходе D-триггера фазового компаратора 4 будет присутствовать сигнал U₃ с уровнем логического "0" и силовой ключ 5 остается в закрытом состоянии.

При внесении в поле катушки индуктивности генератора 1 токопроводящего вещества, например металлической пластинки, изменяются фазовые соотношения между выходными сигналами U₁ и U₂ генератора 1 и генератора 2 соответственно. При этом на выходе D-триггера фазового компаратора 4 устанавливается сигнал U₃ с уровнем логической "1", который поступает на вход силового ключа 5 и переводит его в открытое состояние.

Аналогично предлагаемое устройство сработает при внесении в поле катушки индуктивности генератора 2 таких материалов, как пермаллой, феррит, альсифер и т.п.

Формула изобретения

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ, содержащий два индуктивных генератора, связанных между собой элементом связи, и регистрирующее устройство, отличающийся тем, что один из генераторов имеет положительную обратную связь меньше критической, а в качестве регистрирующего устройства применен фазовый компаратор, например D-триггер.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2