Устройство для бесконтактного измерения перемещения

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для построения датчиков механических перемещений. Технический результат: упрощение и повышение надежности. Сущность: устройство содержит индуктивный дифференциальный датчик с двумя катушками индуктивности, четыре диода и конденсатор. Первые выводы катушек индуктивности объединены. Второй вывод первой катушки индуктивности соединен с анодом первого диода и катодом третьего диода. Второй вывод второй катушки индуктивности соединен с анодом второго диода и катодом четвертого диода. Катод первого и анод четвертого диодов соединены с первым выводом конденсатора, являющимся выходом устройства. Катод второго диода, анод третьего диода и второй вывод конденсатора соединены с общим проводом. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в приборостроении для построения датчиков механических перемещений.

Известно устройство для измерения перемещения [1], содержащее питающий трансформатор, фазовращатель, мостовую измерительную схему, дифференциальный индуктивный датчик, усилитель, фазочувствительный демодулятор, уравновешивающие конденсаторы.

Недостатком данного устройства является его сложность и низкая точность из-за нестабильности параметров уравновешивающих конденсаторов.

Известно также устройство для бесконтактного измерения перемещения [2], содержащее в своей измерительной части индуктивный дифференциальный датчик, четыре резистора, два диода, генератор прямоугольных импульсов, инвертор, делитель частоты, транзисторный ключ, преобразователь, соединенные определенным образом. Недостатком данного устройства является его сложность и низкая надежность.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для бесконтактного измерения перемещения, содержащее индуктивный дифференциальный датчик с первой и второй катушками индуктивности, первый и второй диоды, причем первые выводы первой и второй катушек индуктивности объединены, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с анодом первого диода, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с анодом второго диода, согласно изобретению дополнительно введены два диода и конденсатор, причем второй вывод первой катушки индуктивности соединен с катодом третьего диода, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с катодом четвертого диода, катод первого диода и анод четвертого диода соединены с первым выводом конденсатора, являющимся выходом устройства, катод второго диода, анод первого диода и второй вывод конденсатора соединены с общим проводом.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что прототип содержит в измерительной части 10 элементов, в то время как предлагаемое устройство - 5 элементов. Из теории надежности известно, что чем больше элементов в устройстве, тем оно менее надежно, следовательно предлагаемое устройство проще и имеет выше надежность.

На чертеже представлена схема заявленного устройства.

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 катушки индуктивности дифференциального датчика, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6 диоды, конденсатор 7, выход 8 устройства.

Первые выводы первой и второй катушек 1, 2 индуктивности объединены, второй вывод первой катушки 1 индуктивности соединен с анодом первого диода 3 и катодом третьего диода 5, второй вывод второй катушки 2 индуктивности соединен с анодом второго диода 4 и катодом четвертого диода 6. Катод первого и анод четвертого диодов 3 и 6 соединены с первым выводом конденсатора 7, являющимся выходом 8 устройства, катод второго диода 4, анод третьего диода 5 и второй вывод конденсатора 7 соединены с общим проводом.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии механических воздействий на чувствительный элемент связанный с ним ферромагнитный сердечник находится на одинаковом расстоянии от катушек 1 и 2 индуктивности, точка соединения которых подключена к внешнему генератору синусоидального напряжения (не показан). При этом индуктивность обеих катушек одинакова. На диодах 3 и 5 выполнен выпрямитель положительной полярности, который выпрямляет ток катушки 1, а на диодах 4 и 6 выпрямитель отрицательной полярности, который выпрямляет ток катушки 2. Нагрузкой обоих выпрямителей является конденсатор 7. При равенстве индуктивностей обеих катушек 1 и 2 через них протекает одинаковый ток и при выпрямлении его обоими выпрямителями на конденсаторе 7 напряжение будет равно нулю.

При наличии механического воздействия на чувствительный элемент сердечник приблизится к одной катушке, например к катушке 2, и удалится от катушки 1. При приближении к катушке индуктивности ферромагнитного материала ее индуктивность возрастает, а при удалении уменьшается. Величина тока через катушку индуктивности определяется выражением

I=U/Z

где U - напряжение, приложенное к катушке;

Z - эквивалентное сопротивление катушки

Z=2πfL

где f - частота напряжения, приложенного к катушке индуктивности;

L - индуктивность катушки,

т.е. ток через катушку индуктивности обратно пропорционален ее индуктивности.

Таким образом, ток через катушку 1 и выпрямленное его значение увеличатся, конденсатор 7 зарядится до большего значения и напряжение на нем увеличится.

Так как с катушкой 1 связан выпрямитель положительной полярности, то напряжение на конденсаторе 7 будет иметь положительное значение.

Аналогично работает устройство при изменении направления механического воздействия, но в этом случае ток будет увеличиваться в катушке 2, конденсатор 7 будет заряжаться больше через выпрямитель отрицательной полярности и на нем будет иметь место напряжение отрицательной полярности.

Использование предложенного устройства позволило создать малогабаритный акселерометр.

Источники информации

1. Патент РФ N2036413, G 01 B 7/00, 1995 г.

2. Патент РФ N2191346, G 01 B 7/00, 2002 г. (Прототип)

Устройство для бесконтактного измерения перемещения, содержащее индуктивный дифференциальный датчик с первой и второй катушками индуктивности, первый и второй диоды, причем первые выводы первой и второй катушек индуктивности объединены, второй вывод первой катушки индуктивности соединен с анодом первого диода, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с анодом второго диода, отличающееся тем, что в него дополнительно введены два диода и конденсатор, причем второй вывод первой катушки индуктивности соединен с катодом третьего диода, второй вывод второй катушки индуктивности соединен с катодом четвертого диода, катод первого диода и анод четвертого диода соединены с первым выводом конденсатора, являющимся выходом устройства, катод второго диода, анод третьего диода и второй вывод конденсатора соединены с общим проводом.