Высокочастотный датчик угловых перемещений

 

О П И С А Н И Е 374648

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Ссветскик

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства

Заявлено 12.|.1970 (№ 1394742/18-24) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет

Опубликовано 20.III.1973. Бюллетень,М 15

Дата опубликования описания 25, IV.,1973

1!. Кл. G 08с 9/04

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

УДК 531.14.083.8(088.8) Авторы изобретения

А. Г. Сметанин и В. В. Голованов

Заявитель

ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДАТЧИ К УГДОВЪ|Х ПЕРЕЛ1ЕЩЕНИ Й

Изобретение относится к высокочастотным датчикам угловых перемещений индукционного типа, применяемым в измерительной технике для преобразования углового положения чувствительного элемента (стрелки компаса, отвеса и др.) в электрический сигнал.

11одооные датчики находят применение в частности, в современных электронных инклинометрах, используемых для исследования траектории скважин при бурении.

Известны высокочастотные датчики, выполненные в виде двухфазных поворотных трансформаторов в режиме разовращателей. Статор этих датчиков имеет двух<разную рамочную и однофазную кольцевую оомотки. Ротор имеет рамочную измерительную обмотку и кольцевую оомотку, лежащую в одной плоскости с кольцевой оомоткой статора. Кольцевые обмотки ротора и статора ооразуют воздушный трансформатор и обеспечивают бесконтактность датчика.

Известны также аналогичные датчики с числом пар полюсов двухфазной обмотки до

6 — 8, обеспечивающие электрическую редукцию измеряемого угла, что выгодно, например, для датчиков угла наклона.

Предлагаемый датчик отличается от известных упрощенной конструкцией, повышенным коэффициентом передачи по напряжению и пов пенной точностью выдачи угла поворота.

Сущность изобретения заключается в размещении витков двухфазной обмотки рамочного типа вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки, 11редлагается также вариант разнесения двухфазной обмотки на поверхности статора вдоль оси датчика, что облегчает намотку, ооеспечивает геометрическую идентичность оомоток обеих фаз и повышает точность дат10

На фиг. 1 в виде разверток поясняется принцип намотки статора и построения ротора; на развертке фиг. 2 показано размещение оомоток датчика при разнесении двухфазной обмотки на статоре; на фиг. 3 приведены кривые изменения выходного напряжения У датчика, а также взаимоиндукции l4 между каждой из фаз двухфазной оомотки и однофазной оомотки в функции угJId поворота ротора датго чика

Датчик включает в себя (cM. фиг. 1 и фиг. 2) цилиндрический статор 1, выполненный из диэлектрического материала, и цилиндрический ротор 2, в частном случае также выполненный из диэлектрического материала. Поверхность ротора образована секторами 3 полого цилиндра из ферромагнитного материала и секторами 4 из немагнитного токопроводящего материала (металла), образую30 щими полюса ротора, 374648

На статоре 1 размещены рамочные обмотки 5 и 5 обеих фаз, образующие полюса статора, и кольцевая однофазная обмотка 6, примыкающая к лобовым частям обмоток 5 и 5 .

Представленный датчик выполнен без электрической редукции измеряемого угла (число пар полюсов равно 1).

При построении датчика с числом пар полюсов, равным 2 и более, развертка статора и ротора состоит из увеличенного числа частей, представленных на фиг. 1 и фиг. 2. Соответственно во столько же раз сокращаются угловые (тангенциальные) размеры рамок статора и секторов ротора.

Работает датчик следующим образом.

Вследствие того, что однофазная обмотка 6 размещена в непосредственной близости от лобовых частей рамок двухфазных обмоток 5, 5, лобовые части являются рабочими и засчет них обеспечивается индуктивная связь участков двухфазных и однофазных обмоток.

Так как каждая из двухфазных обмоток

5, 5 содержит четное число одинаковых рамок, включенных попарно встречно, связь между любой из двухфазных обмоток в целом и однофгзной обмоткой при извлеченном роторе отсутствует. Секторы ротора д, 4, число которых равно числу рамок двухфазной обмотки статора, выполнены через один из ферромагнитного материала, например, листового пермаллоя и токопроводящего немагнитного материала, например, листового алюминия, меди и т. п.

; †..-. АМ

При введении ротора 2 в статор 1 сектора 8 и 4 оказывают противоположное влияние на величину индуктивной связи между лежащими непосредственно над секторами участками обмоток 5, 5 и 6. Ферромагнитные сектора 3 увеличивают потокосцепление участков двухфазных однофазных обмоток, а токопроводящие немагнитные сектора 4, за счет вихревого эффекта, уменьшают его.

Из-за указанного влияния секторов ротора при повороте его индуктивная связь между обмоткой Ь и, например, обмоткой 5 меняется и максимальна при расположении секторов ротора точно под рамками обмотки 5. Ilpa использовании, например, однофазной обмотки

6 в качестве входной обмотки питания датчика в двухфазных обмотках 5, 5 индуцируются напряжения, изменяющиеся при вращении ро5

50 тора по закону треугольника с линейным участком 90, как это показано на фиг. 3 (кривые 7, 7 ). Изменение напряжений является следствием изменения взаимоиндукции М между обмотками. Сдвиг напряжений 7, 7 на

90 объясняется соответствующим пространственным смещением обмоток 5, 5 и позволяет устранить неоднозначность в положении ротора при его вращении в пределах полной шкалы измерений углов (Π— ЗбО для датчика без электрической редукции). В общем случае число периодов изменения напряжений 7 и 7 при полном обороте ротора равно числу пар полюсов статора.

Принцип построения датчика позволяет получить и синусоидальный характер изменения взаимоиндукции обмоток 5 H 5 H 6 IIpH Bp3щении ротора, как это показано на фиг. 3 (кривые 8 и б ) ..

Зто ооеспечивается, как и в известных датчиках, синусоидальным законом распределения площади витков рамок, т, е. секционированием последних, либо соответствующим выбором тангенциальных размеров секторов ротора, Благодаря этому имеется возможность использования датчика в виде синус-косинусного поворотного трансформатора и фазовращателя. Во всех случаях возможно как двухфазное, так и однофазное включение датчика.

Предлагаемый датчик может быть выполнен в полностью немагнитном исполнении, что достигается исключением ферромагнитных секторов и, как следствие, приводит к уменьшению коэффициента передачи датчика по напряжению, 11редмет изобретения

Высокочастотный датчик угловых перемещений, содержащий диэлектрический статор с размещенными на нем двухфазной обмоткой рамочного типа и однофазной обмоткой (кольцевой), бескоптакгный ротор, выполненный в виде пар ферромагнитных и немагнитных металлических секторов цилиндра по числу пар полюсов статора, отличающиися тем, что, с целью повышения точности и надежности работы устройства, в нем витки двухфазной обмотки рамочного типа расположены вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.

374648

Рыг/ 5 б

graf

Составитель Г. Антонова

Техред Л. Грачева Корректор Т. Прокуратова

Редактор H. Данилович

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1143/15 Изд. № 367 Тираж 602 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, %-35, Рауьпская наб., д. 4/5