Емкостной датчик перемещения

 

Союз Советских

Социал истимеских

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 55911l (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07,10.75 (21) 2177966/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет(51) М. Кл.

501 D 5/24

Государственный комитет

Совета а1инистров СССР

II0 делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 25.05.77Бюллетень № 19 (53) УДК 531.14.. 089. 8 (088. 8) (45) Дата опубликования описания 25,07.77 (72) Автор изобретения

В. А. Артеменко

,71) Заявитель (54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для непрерывного определения текущих координат, скорости и направления движения объекта.

Известен емкостный датчик положенийт содержащий ряд неподвижных металлических пластин, образующих одну из обкладок конденсатора и одну узкую подвижную пластину — вторую обкладку конденсатора, Ip предназначенный для регистрации положений подвижного объекта в дискретных точках траектории его перемещения и характеризующийся значительными погрешностями преобразования, 15

Известно также многокоаксиальное преобразующее устройство дискретного действия, содержащее генератор синусоидальных колебаний и общее для всех каналов коди- 2р руюшее устройство в виде диска с размещенными на его поверхности кодируюшими элементами и одиночны считывающие зонды на каждый канал, который имеет ем,костный мост, в двух плечах которого установлены кодируюшие емкости, усилитель, фазовый детектор и триггер Шмидта.

Однако в таком устройстве возможны потери информации о положении перемещающегося объекта при внезапном отключении питающей сети и оно недостаточно защищено от промышленных помех, что в итоге приводит к снижению точности и надежности преобразования.

11ель изобретения — повышение точности и надежности преобразования.

Эта цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве к перестраиваемым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкости дифференциального многослойного конденсатора, общая обкладка которого, устацавливаемая на перемещающемся объекте, содержит две группы по тт прямоугольных пластин, размещенных симметрично с двух сторон от основания пластин обшей обкладки и чередуются с этими пластинами и пластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной f ) 1, при этом угол наклона оси сим5591 з метрии общей обкладки к траектории перемещения объекта равен

И .х ooа са1n — t3 — — где f и 1 - резонансные частоты перестраиваемых контуров частотного детектора, соответствующие двум крайним положениям объекта;

И вЂ” высота треугольника, плас- 10 тин, соответствующая резонансной частоте каждого перестраиваемого контура;

Х - максимальное перемещение объекта., На фиг. 1 изображена структурная схе- ма предлагаемого датчика; на фиг. 2 - его принципиальная электрическая схема; на фиг. 3 — пример конструктивного выполнения емкостного кодируюшего:устройства датчика; на фиг. 4 - пример формы корректирующей прокладки.

Датчик содержит генератор синусоидальных колебаний 1, частотный детектор 2, емкостное кодирующее устройство 3 и выходной усилитель 4.

Контуры частотного детектора (см.

25 фиг. 2) составлены двумя одинаковыми цеперестраивающимися индуктивностями 5 и 6 и емкостями 7 и 8 кодирующего уст ройства. Каждый нз контуров 5, 7 и 6, 8 через свой детектор 9 или 10 нагружен на интегрирующие емкости 11 или 12 и общую токовую схему сравнения на резис.торах 13, 14, 15, Выход частотного детектора подключен к входу усилителя постоянного тока 16. Контуры частотного детектора питаются током высокой частоты от разделенных выходов генератора синусоидальных колебаний 17 посредством трансформаторной связи 18 и 5, 19 и 6 и настроены так, что крайние значения резонансных частот, соответствующие двум крайним положениям подвижного объекта, лежат по одну сторону от частоты питающего их генератора.

Емкостное кодируюшее устройство, реа45 лизуюшее изменение емкостей 7 и 8 по квадратичному закону для случая линейного перемещения объекта, представляет собой многослойный дифференциальный конденса50 тор (см. фиг. 3), каждая из обкладок А, Б, В которого состоит из множества геометрически одинаковых элементов, объединенных общими основаниями. Общая обкладка Б конденсатор,ов 7 и 8, установлен-

55 ная на подвижной части объекта, содержит две одинаковые группы Vt прямоугольных пластин 20, причем каждая пластина по длине несколько превышает максимально возможную величину перемещения подвиж60 ной части объекта и все пластины размещены равномерно по высоте с обеих сторон от общего для них основания 21.

Неподвижные обкладки А и В, образующие с общей обкладкой Б емкости 7 и 8, установлены на общем изолирующем основании и содержат по одной группе (и - 1) пластин 22 треугольной формы.

Пластины обеих обкладок А и В конденсатора располагаются между пластинами со. ответствующих групп обкладок Б и могут перемещаться между ними, так что при перемещении обкладки Б совместно с подвижной частью объекта емкость конденсатора 7 увеличивается, а емкость конденсатора 8 уменьшается и наоборот.

Укаэанная закономерность изменения емкостей достигается благодаря наклону длинных сторон пластин общей обкладки Б к траектории ее перемещения на угол 3 оС = а -с ((.(— хи1 где и - выбранные значения резс нансных частот контуров, соответствующие двум крайним положениям обкладки Б, установленной на подвижной части объекта; — выбранное значение высоты треугольника, соответствующее резонансной частоте каждого» из перестраиваемых контуров;

Х, — максимальная величина перемещения подвижной части объекта на участке от Х до х2, или наоборот.

Конструкцйя кодирующего устройства обеспечивает образование плошадей взаимного перекрытия пластин обкладок А и В в форме треугольников с пластинами обкладки

Б, Медианы треугольников обкладок А и

В нормально расположены к траектории перемещения обкладки Б, а углы у основания треугольников находятся в соотношении

P-z =(+X

Площадь взаимного перекрытия каждой пары пластин определяется по формуле:

g = lJ h (ctg (rp ice)+ ctg ((t - ct), где и и d — высота и основание треугольника, линейно зависимые от положения подвижного объекта на траектории перемещения.

Для уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных некоторой иелинейностью частотной характеристики детектора, в каждом конденсаторе между отдельными парами взаимоперекрыв.;юшихся элементов по длине обкладки Б проложены корректирующие прокладки 23 из диэлектрика с постоянной Я)1.

Форма корректирую.цих прокл;ц(ок, яв ляющихся подстроечными элемеипими ко558111

X -à Ñ n — (-—

f, х (13 дирующего устройства, определена величи« ной и характером отклонения частотной характеристики детектора от прямолинейной.

Устройство работает следующим образом, При перемещении контролируемого объекта совместно с установленной на нем обкладкой Б относительно неподвижных обкладок А и В происходит изменение площадей взаимного перекрытия между пластина- щ ми обкладок А и Б, В и Б и определяемых ими емкостей 7 и 8 контуров детектора.

В результате изменения резонансных частот контуров относительно неизменной частоты генератора изменяются величины !5 индуцированных напряжений на контурах и детектированных напряжений на интегрирую. щих емкостях 11 и 12, разность которых определяет выходное напряжение детектора. 20

Формула изобретения

Емкостный датчик перемещений, содержащий последовательно включенные генератор синусоидальных колебаний, частотный детектор с перестраиваемыми по частоте .контурами, усилитель постоянного тока и подключенное к частотному детектору емкостное кодируюшее устройство в виде 30 дифференциального многослойного конден.сатора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности и надежности преобразования, к перестраиваечым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкости дифференциального многослойного конденсатора, общая обкладка которого, устанавливаемая на перемещающемся объекте, содержит две группы по 5,прямоугольных пластин, размещенных симметрично с двух сторон от общего для них основания, а две другие неподвижные обкладки, содержащие по (- 1) пластин в виде треугольника, установлены симметрично с двух сторон от основания пластин обшей обкладки и чередуются с этими пластинами и пластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной Я > 11, при этом угол наклс на оси семметрии обшей обкладки к траектории перемещения объекта равен: где 1 и f> — резонансные частоты перестранваемых контуров частотного детектора, соответствующие двум крайним положениям объекта;

4 - высота треугольника пластин, соответствующая резонансной частоте каждого перестраиваемого контура;

X - максимальное перемещение объекта.

559111

23 ду Р1

Фиг. 5

Составитель Н, Милехин

Редактор Т. Иванова Техред А. Демьянова Корректор П. Макаревич

Заказ 1483/93 Тираж 907 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиа ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4