Устройство для измерения угла поворота


 


Владельцы патента RU 2492419:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах управления технологическими процессами. Техническим результатом является расширение функциональной возможности устройства. Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения угла поворота, содержащее сельсин-датчик, соединенный входом с первым источником питания, введены второй и третий источники питания, вычитатель, выпрямитель, генератор с варактороной перестройкой частоты и измеритель частоты, причем выход сельсина-датчика соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого подключен ко второму источнику питания, выход вычитателя через выпрямитель подключен к первому плечу генератора с варакторной перестройкой частоты, второе плечо которого подключено к третьему источнику питания, измеритель частоты соединен с третьим плечом генератора с варакторной перестройкой частоты. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.

Известен датчик угла поворота генераторного типа, содержащий генератор с элементом на поверхностных акустических волнах (ПАВ), опорный генератор, смеситель, фильтр нижних частот, усилитель, измеритель и микропроцессор (см. Лепих Я.И. Датчик угла поворота генераторного типа с элементом на поверхностных акустических волнах. Электроника и конструирование в электронной аппаратуре, 2009, №3 с.24-25). В этом датчике, основанном на использовании анизотропии электрофизических параметров (ЭФП) монокристаллического пьезоэлектрического звукопровода элемента на ПАВ, эффект зависимости рабочей частоты элемента на ПАВ от анизотропии ЭФП при вращении вала дает возможность измерить угол поворота контролируемого объекта.

Недостатком этого известного датчика является погрешность, связанную с температурным влиянием окружающей среды на акустоэлектронный элемент.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип устройство для определения угла поворота регулирующего органа (см. А.Г. Гарганеев. Технические средства автоматизации и управления. Томск, ТУСУР, 2007, с.105-106). В этом устройстве, содержащем сельсин-датчик и сельсин-приемник, соединенные между собой линиями связи, при повороте ротора сельсина-датчика на некоторый угол, ротор сельсина-приемника самостоятельно под воздействием синхронизирующего момента отрабатывает угол, заданный датчиком. Следовательно, по величине ЭДС какой-нибудь обмотки ротора сельсина-приемника можно судить об угле поворота регулирующего механизма, воздействующего на ротор сельсина-датчика.

Недостатком данного устройства можно считать узкую функциональную возможность.

Техническим результатом предлагаемого устройства является расширение функциональной возможности.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения угла поворота, содержащее сельсин-датчик, соединенный входом с первым источником питания, введены второй и третий источники питания, вычитатель, выпрямитель, генератор с варакторной перестройкой частоты и измеритель частоты, причем выход сельсина-датчика соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого подключен ко второму источнику питания, выход вычитателя через выпрямитель подключен к первому плечу генератора с варакторной перестройкой частоты, второе плечо которого подключено к третьему источнику питания, измеритель частоты соединен с третьем плечом генератора с варакторной перестройкой частоты.

Сущность заявляемого технического решения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что при повороте ротора сельсина-датчика на угол по измеренной величине частоты генератора с варактороной перестройкой частоты, определяют значение угла поворота регулирующего органа, воздействующего на ротор сельсина-датчика.

Наличие в заявляемом способе перечисленных существенных признаков позволяет решить поставленную задачу измерения угла поворота регулирующего органа измерением частоты генератора с варактороной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. расширением функциональной возможности заявляемого устройства.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый источник питания 1, соединенный со входом сельсина-датчика 2, вычитатель 3, подключенный ко второму источнику питания 4, выпрямитель 5, соединенный выходом с первым плечом генератора с варакторной перестройкой частоты 6, третий источник питания 7 и измеритель частоты 8.

Устройство работает следующим образом. Пусть с выхода первого источника питания 1 переменное напряжение подается на вход сельсина-датчика 2 (обмотку возбуждения статора). Тогда при каком-нибудь значении угла поворота ротора сельсина-датчика (воздействие регулирующего органа на ротор сельсина-датчика) для амплитуд электродвижующихся сил (ЭДС) фазных синхронизирующих обмоток ротора сельсина-датчика (см. Справочник по средствам автоматики. Энергоатомиздат, 1983 с.346), отнесенных относительно друг от друга на 120°, можно записать

Еaфcosα;

Ebфcos(α-2π/3);

Ecфcos(α+2π/3),

где Еф - ЭДС фазы при α=0°, Еa, Eb и Еc - амплитуды ЭДС фаз a, b и c соответственно, α - угол поворота.

Из приведенных выражений видно, что измерением амплитуды какой-нибудь ЭДС фазных обмоток ротора сельсина-датчика можно получить информацию об угле поворота ротора сельсина-датчика.

В предлагаемом устройстве для этого выход сельсина-датчика т.е.так, например, а-фазная его обмотка (фазные обмотки ротора соединены по схеме «Звезда») соединяется с первым входом вычитателя (сумматор, выполняющий функцию вычитания) 3. С выхода последнего разностное переменное напряжение, возникающее в результате вычитания двух входных переменных его сигналов, поступающих соответственно от выхода сельсина-датчика и

второго источника питания 4, поступает на вход выпрямителя 5. После этого выпрямленное (постоянное) напряжение выпрямителя подается в первое плечо (варактор) генератора с варакторной перестройкой частоты 6. Одновременно постоянное напряжение с выхода третьего источника питания 7 поступает во второе плечо генератора с варактороной перестройкой частоты. Благодаря этому генератор вырабатывает электромагнитные колебания с фиксированной частотой. Сигнал с этой частотой далее посредством третьего плеча (волноводный выход генератора) генератора с варактороной перестройкой частоты поступает на вход измерителя частоты 8, где фиксируется значение частоты генерируемых колебаний.

При отсутствии угла поворота, т.е. α=0°, согласно данному устройству, выходной переменный сигнал вычитателя должен быть минимальным, практически, равным нулю (разность входных переменных напряжений вычитателя). В силу этого частота генератора, измеренная измерителем частоты, будет соответствовать нулевому углу поворота ротора сельсина-датчика.

При повороте ротора сельсина-датчика, т.е. α≠0°, выходное переменное напряжение вычитателя по принципу работы последнего, будет отличаться от нуля из-за уменьшения выходного напряжения сельсина-датчика и постоянства выходного переменного напряжения второго источника питания. Следовательно, выходное напряжение вычитателя по мере увеличения угла поворота, будет увеличиваться. Принимая во внимание тот факт, что выходное разностное переменное напряжение вычитателя после выпрямления, поступает в первое плечо генератора с варакторной перестройкой частоты, то в данном случае благодаря этому на выходе генератора можно наблюдать перестройку частоты, полученной при отсутствии постоянного напряжения на варакторе генератора. При этом при увеличении постоянного напряжения на варакторе частота генератора будет увеличиваться, а при уменьшении напряжения на варакторе - уменьшаться. Таким образом, учитывая, что напряжение на варакторе связано с углом поворота ротора сельсина-датчика, то по изменению частоты генератора можно получить информацию о величине угла поворота ротора сельсина-датчика.

Преимущество заявляемого устройства по сравнению с прототипом состоит в том, что здесь, благодаря применению генератора с варакторной перестройкой частоты, информацию об угле поворота можно получить в цифровом виде, облегчающем подключение устройства к вычислительной технике. Кроме того, в данном случае информативный частотный сигнал по своей природе может быть передан дистанционно на расстояние.

В предлагаемом устройстве в качестве генератора с варакторной перестройкой частоты может быть использован ГЛПД-2 с частотой (генерируемая генератором при отсутствии напряжения на варакторе) и мощностью 8,5 ГГц и 10 мВт соответственно, выпускаемый промышленностью.

Таким образом, в данном техническом решении на основе проведения частотного измерения угла поворота ротора сельсина-датчика, можно обеспечить расширение функциональной возможности устройства для измерения угла поворота регулирующего органа.

Предлагаемое устройство успешно может быть применено для измерения угла поворота различных регулирующих органов (клапана, заслонки, руля и т.п.). При этом диапазон изменения угла может колебаться от до 0 до 90°.

Устройство для измерения угла поворота, содержащее сельсин-датчик, соединенный входом с первым источником питания, отличающееся тем, что в него введены второй и третий источники питания, вычитатель, выпрямитель, генератор с варакторной перестройкой частоты и измеритель частоты, причем выход сельсина-датчика соединен с первым входом вычитателя, второй вход которого подключен ко второму источнику питания, выход вычитателя через выпрямитель подключен к первому плечу генератора с варактороной перестройкой частоты, второе плечо которого подключено к третьему источнику питания, измеритель частоты соединен с третьем плечом генератора с варакторной перестройкой частоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений в авиационной технике, в том числе в различных цепях управления электротехнических, электромеханических устройств.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения угла наклона объектов в диапазоне от 0 до 180°. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного определения положения вала электродвигателя. .

Изобретение относится к роторным механизмам, а конкретнее к способам и устройствам для контроля роторных механизмов. .

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в устройствах автоматизации измерения угловых перемещений в качестве канала точного отсчета.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано при определении угловой ориентации трехосного гиростабилизатора относительно базового корпуса.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах управления различных объектов, в том числе и летательных аппаратов, в условиях значительных механических перегрузок.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике. .

Предлагаемое устройство относится к средствам измерений, а именно к устройствам отсчета угла поворота тел вращения. Устройство отсчета угла поворота шпинделя, содержит датчик угла поворота и датчик индекса, предварительные усилители низкой частоты, выходы которых через резисторы подключены к входам счетчиков, выходы которых подключены к входам дешифраторов, выходы которых подключены к входам матричных семисегментных светодиодных индикаторов. При этом датчик угла поворота и датчик индекса выполнены в виде двух оптоэлектронных пар, каждая из которых состоит из лампы накаливания, фотодиода и дисковой пластины с отверстиями для них, а их выходы подключены к входам предварительных усилителей низкой частоты, в каждом из которых имеются цепи входных сигналов, обратной связи и коррекции. Технический результат изобретения - повышение надежности и улучшение динамических свойств управляемого электрического привода. 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах автоматики для получения выходных напряжений, пропорциональных углу поворота. В многоступенчатый датчик угла вводятся упоры на роторы и статоры всех ступеней и пружины между роторами и статорами вращающихся трансформаторов, которые обеспечивают одновременный поворот роторов вращающихся трансформаторов всех ступеней относительно их статоров с меньшими углами и, соответственно, с большей точностью. Технический результат - повышение точности измерения углов поворота. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой датчик для непрерывного измерения углового положения (θа) вала. Датчик содержит статор, ротор, соединяемый с валом. На статоре или роторе расположены постоянные магниты чередующейся полярности. Также датчик содержит магнитный контур для канализирования магнитной индукции, создаваемой магнитами, с обеспечением ее пропорциональности синусоидальной функции углового положения (θr) ротора. Магнитный контур представляет собой зубцовый контур и содержит по меньшей мере один измерительный модуль, содержащий три зубца на каждую пару магнитов, причем каждый из зубцов модуля содержит зазор, в котором размещен преобразователь. Датчик содержит, по меньшей мере, два электрических преобразователя с линейной выходной характеристикой, разнесенные по отношению один к другому на угол (φ) и расположенные в зазорах, предусмотренных в указанном контуре. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и представляет собой индукционный датчик для измерения земного магнитного поля. Датчик содержит электромагнитный узел обнаружения магнитного поля, размещённый на маятнике. Маятник помещен в корпус и подвешен к его стенке на шарнире. Противоположная от шарнира стенка корпуса имеет форму полусферы и соответствует по размеру сферической поверхности маятника. Техническим результатом является обеспечение постоянства расстояния между корпусом и маятником, когда маятник совершает движения, и ламинирования между ними амортизационной жидкости. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых перемещений (поворотов), с помощью преобразователя перемещения индукционного типа. Технический результат: расширение диапазона измерения датчика углового положения до 360°. Сущность: датчик содержит две пары неподвижных (1), (3) и подвижных (2), (4) пластин, содержащих по две идентичные катушки (соответственно (5), (6), (7), (8), (9), (10), (11), (12)), которые расположены равномерно в равных секторах с углом раскрытия, равным 180°. Подвижные пластины (2), (4) жестко установлены на одном валу вращения (14), установленном с одной степенью свободы в основании датчика (15). Неподвижные пластины (1), (3) установлены в основании датчика (15) - его корпусе. В одной паре пластин (например, (1) и (2), см. фиг.1) соответственно неподвижные (5), (6) и подвижные (7), (8) катушки расположены симметрично, а в другой паре пластин (например, (3) и (4)) неподвижные (9), (10) и подвижные (11), (12) катушки смещены на угол равный 90°. На каждой пластине (1), (2), (3) и (4), соответственно расположенные на них две катушки (5), (6) - (7), (8) - (9), (10) - (11), (12) соединены между собой последовательно и встречно. Все пластины (1). (2), (3) и (4) с печатными катушками датчика имеют идентичные реперные сквозные отверстия (13), расположенные по периферии за окружностью печатных катушек. Пассивные короткие проводники (21) печатных катушек расположены на обратной стороне пластин (1), (2), (3) и (4) и соединены с длинными активными проводниками (22) через толщину пластин при помощи металлизированных отверстий (23). Датчик снабжен вращающимся трансформатором, подвижная обмотка которого закреплена на валу вращения и подсоединена к зигзагоподобным катушкам индуктивности подвижных пластин датчика. Вращающийся трансформатор может быть выполнен в виде неподвижной (16) и подвижной (17) плоских пластин из диэлектрического материала, обращенных друг к другу сторонами с нанесенными на них печатными плоскими спиралеобразными обмотками соответственно (18) и (19). 3 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области измерительных электрических машин и цифровых преобразователей угла. Достигаемый технический результат - повышение точности контроля указанных изделий. Устройство содержит угломерное устройство 1, станину 2, приспособление 3, преобразователь угла 4, прямоугольный рычаг 5, имеющий на концах горизонтального катета плоские шлифованные площадки 6, верхние концы ведущего и ведомого штоков 7 механической следящей системы 8 и электрическую схему контроля точности 9. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в следящих приводах, в автоматических системах управления мобильными объектами и в робототехнике. Способ заключается в возбуждении первичной обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора гармоническим напряжением генератора, считывании модулированных синусного и косинусного сигналов с выходных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора, изменении амплитуды указанных сигналов, детектировании, преобразовании их в цифровую форму и записи полученных сигналов в регистр. При этом амплитуды сигналов, считанных с выходных обмоток синусно-косинусного вращающегося трансформатора, перед преобразованием их в цифровую форму уменьшают так, чтобы их значения стали меньше амплитуды напряжения сигнала, формируемого гармоническим генератором, полученные сигналы складывают с напряжением гармонического генератора, детектируют с помощью амплитудного детектора и фильтруют. Технический результат заключается в устранении влияния нестабильности частоты возбуждения на точность измерений угла поворота вала привода и в увеличении количества достоверно получаемых разрядов двоичных кодов синуса и косинуса измеренного угла в цифровых регистрах. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам калибровки и устройствам измерения угла на основе мостового магниточувствительного датчика, и может быть использовано в автомобильной технике, станкостроении, авиационной и ракетной технике и других областях, где требуется измерять углы до 90° с помощью датчиков на основе магниторезисторов или элементов Холла. Устройство измерения угла на основе мостового магниточувствительного датчика содержит два моста, повернутых друг относительно друга на 45°, два усилителя, два ЦАП, АЦП и вычислительное устройство. Усилители соединены с выходами мостов датчика, входы смещения нуля усилителей соединены с выходами компенсационных ЦАП, входы которых соединены с вычислительным устройством. Вход АЦП соединен с выходом первого усилителя, а вход опорного напряжения АЦП соединен с выходом второго усилителя. Вычислительное устройство содержит память программ и калибровочные данные, а также цифровой и аналоговый интерфейсы. Технический результат заключается в возможности измерения угла в диапазоне от 45° до -45° за один такт преобразования АЦП с использованием одного АЦП. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх