Бесконтактный датчик наличия магнитной массы

 

...;

О П"Й„С,,,А.-,31 "И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

<щ 737978

Союз Советскид

Социалистическиз

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51) К„г. (22) Заявлено 300877 (21) 2522779/18-25

G 08 6 1/09 с присоединением заявки N9 (23) Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий («3) УДК 622. 455 (088.8) Опубликовано 300580 Бюллетень Йо 20

Дата опубликования описания 300580 (Ю.Q. Быков (72) Автор изобретени н (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНЫЙ ДАТЧИК НАЛИЧИЯ

МАГНИТНОЙ «4АССЫ.Изобретение относитс я. к устройст)вам сигнализации и управлен««я движе-. нием магнитной массы, определения присутствия магнитной массы и может быть с применено для регулирования движения транспорта на трассах с немагнитным

1 дорожным покрытием.

Известно устройство, предназначенное для переключения сигнальных ламп светофора, содержащее индуктив" кые датчики в виде контуров,. уложен ных под трассой движения магнитной массы, соединенных в соответствующие плечи мостовой схемы, фазочувствитель ный усилитель, генератор высокой час«. тоты, питающий мост, усилитель, реле времени и блок переключения (1). Датчики в этом устройстве охватывают .своим контуром площадь проезжей части и выдают сигнал, пропорциональный нагрузке этой.плсщади транспортными средствами. Включение датчиков в Мос- товую схему позволяет сравнивать загрузку перекрестка во взаимно-пере-. секающихся направлениях и получить сигнал, величина и фаза которого за-.. висит от соотношения транспортных единиц на этих направлениях. Сигнал, снимаемый с выхода мостовой схемы, через фазочувствительный усилитель и пороговый элемент управляет включением сигнальных ламп светофора.

Из известных датчиков наличия маг нитной массы наиболее близким по,тех ническому решению к" предлагаемому яв«ляется устройство, содержащее индуктивные катушки, уложенные под трассой движения магнитной массы и являю . щиеся источником полезного сигнала, усилитель, подключенный к выходу ка- . тушек, источник переменного напрятения, подключенный к входам катушек, и источник питания (2). В качестве источника переменного напряжения s указанном устройстве нспольэу1от генератор синусоидальных колебаний вы-: сокой частоты (ВЧ). и, кроме того, оно содержит последовательно соединенные детектор ВЧ колебаний, усилитель rto". стоянйого тока к электромагнктное{ре" леi

При отсутствии магнитной массы вблизи индуктивных катушек генератор высокочастотных колебаний ке воэбуж" ден, йа выходе детектора ВЧ постоянное напряжение отсутствует, на выходе усилителя постоянного тока (УПТ) выходной ток равен нулю к через катушку электромагнитного реле ток не про

7379 текает. Если же вблизи индуктивной катушки появляется магнитная масса, то ее индуктивность возрастает и в генераторе возбуждаются ВЧ колебания, которые после детектирования воздействуют на УПТ, и, следовательно, на электромагнитное реле, которое пере.ключает сигнальные лампы светофора.

К недостаткам известного устройства относится его недостаточная температурная стабильность, вызванная температурной нестабильностью параметров индуктивных катушек и транзисторов, используемых в схемах генератора ВЧ колебаниЯ и УПТ.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости, температурной стабильности и создание избирательных свойств в соответствии с фазой входного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены. формнрова- 20 тель синхроимпульсов, релейные элементы и токовый ключ, причем к выходу формирователя синхроимлульсов подключен вход токового ключа, выходы которого подключены к входам релей- Q5 ных элементов, к другим входам которых подключен выход усилителя, а индуктивные катушки включены по дифференциально-трансформаторной схеме, На фиг. 1 показана блок-схема уст- Зо ройства; на фиг. 2 — принципиальная схема.

Устройство содержит две индуктивные катушки 1 и 2, усилитель 3 переменного тока, формирователь 4 синхро35 импульсог, токовый ключ 5, релейные элементы 6 и 7, силовой трансформатор 8, являющийся источником переменного напряжения,. вспомогательный компенсационный дифференциальный трансфо1 матор 9 беэ магнитопровода. уси- 40 литель 3 переменного тока состоит из усилителя напряжения, фаэоинверсного каскада, усилителя мощности и источника постоянного стабилизированного напряжения (фиг. 2) . 45

Усилитель напряжения. На транзисторах 10 и 11 выполнен усилительный каскад с непосредственной связью с двумя обратными связями с выхода на вход. Стабилизация произв одитс я пе- 5р .редачей напряжения с резистора 12 на базу первого транзистора 10 и изменением напряжения эмиттера первого каскада в зависимости от,величины тока, протекающего через резистор 13 °

Поскольку резистор 14 не эашунтирован конденсатором, в усилителе действует отрицательная обратная связь по переменному току, резко уменьшающая искажения.

Фазоинэерсный каскад. В двухтран- 40 зисторном, фаэоинверсном каскаде с резделенной нагрузкой транзисторы 15 и 16 с различными проводимостями гальванически связаны друг с другом. Коллекторный ток 15 создает падение íà- 45

78 4

"пряжения на резисторе 17 в цепи эмиттера 16, а в каскаде возникает последовательная отрицательная обратная связь по току." Такой фазоинверсный каскад имеет одинаковые выходные напряжения, а выходные сопротлвления определяются сопротивлениями резисторов 17 и 18. Действительно, транзистор 15 по переменной составляющей включен по схеме с общей базой. Нагрузкой его является транзистор 16.

Нижнее плечо схемы на основе транзистора 16 представляет собой эмиттерный повторитель, а верхнее плечо — обычный усилитель (каскад с общим эмиттерсм), Усилитель мощности. На транзисторах 19, 20 и 21, 22 выполнен двухтактный каскад, работающий в режиме

В, для чего в схему введены диоды 23 и 24, обеспечивающие разряд разделительных конденсаторов 25 и 26 заряжающихся при работе каскада импульсами входного тока транзисторов . Рассмотрим одно из плеч,пвухтактного каскада, Два транзистора, например

19 и 20, с различными проводимостями гальванически связаны друг с другсм, Коллекторный ток 20 создает падение напряжения на резисторе 27 в цепи эмиттера 19 и в каскаде возникает последовательная отрицательная обратная связь по току. Благодаря ей каскад имеет высокую температурную стабильность, высокое входное и низкое выходное сопротивление.

Для того, чтобы делители напряжения 28, 29 меньше шунтировали вход плеча двухтактного каскада, они включены через дополнительный резистор 30.

Аналогично обстоит дело и с транзисторами 21, 22.

Релейный элемент. Каскады на транзисторах 31 и 32 представляют собой инверторы тока, через которые подается управляющий сигнал на тиристоры соответственно 33 и 34. .Токовый ключ. Диод 5 выполняет роль токового ключа для релейных элементов .

Формирователь синхроимпульсов .

Узел ьа основе динистора 35, включаю» щий в себя вторичную обмотку 36 силового трансформатора 8, резисторы

37 .и 38, стабилитрон 40, диод 39, представляет собой формирователь синхроимпульсов .

Источник питания. На основе транзисторов 41 и 42 и стабилитрона 43 выполнен стабилизатор постоянного напряжения, который получает питание с выпрямительиого моста на диодах 44.

Первичнъве источником сигнала asляются индуктивные катушки 1 и 2, которые включены цо дифференциальио.трансформаторной схеме. Для корректировки нуля входного сигнала в дифференциально-трансформаторную схему включен вспомогательный компенсацион737978

Так как катушки 1 и 2 не имеют ферромагнитного сердечника, то ЭДС, наводимая на вторичных обмотках, смещена по фазе относительно напряжения первичных обмоток на 90 . К тому же фазы наводимых ЭДС, сдвигаются на

180 друг относительно друга в эави.

15 симости от того, в какой из катушек в данный момент находится магнитная . масса. Синхроимпульс поступает на токовый ключ 5 в то время, когда в один из полупериодов входного сигнала ве20 личина напряжения прошла амплитудное значение. Синхроимпульс кратковременный и заканчивается в то время, когда величина напряжения входного сигнала не успела подойти к нулевому значению. Время постУпления синхроимпульса и его длительность позволяют избежать подачу квадратурной составляющей входного сигнала на тиристоры 33 и 34, т.е. предотвратить их ложное срабатывание, и позволяют двумя катушками 1 и 2 передать раздельные сигналы присутствия магнитной массы в данный момент вблизи оп-. ределенной катушки.

d0 ный дифференциальный трансформатор 9 беэ магнитопровода, Принцип действия бесконтактного датчика наличия магнитной массы основан на изменении индуктивной сзяэи при внесении в индуктивную катушку 1 или 2 магнитной массы. Это приводит к изменению магнитного потока, а значит, к увеличению индуктируемой ЭДС во вторичной обмотке. Разность ЭДС является функцией наличия магнитной массы в одной иэ катушек, à ее энак— функцией последовательности присутствия магнитной массы в определенной катуысе ° Таким образом, напряжение, поступающее на вход усилителя, является функцией перемещения магниТной массы, а его фаза — функцией направления перемещения.

На входе усилителя высокочастотная помеха сигнала отфильтровывается кондеисатором 45. Усилителем напряжения сигнал усиливается и поступает на фаэоинверсный каскад с разделенной нагрузкой. С выхода фаэоинверсного каскада сигнал поступает на вход уси. лителя мощности, плечи которого работают в режиме класса В ° РаэделенвЂ.-.ные по полярности сигналы, усиленные не только по мощности, но и по йапряжению, так как приведенная схема усилителя мощности дает усиление и по напряжению, поступают на входы релейных элементов .

Рассмотрим более подробно дальнейшую работу бесконтактного датчика наличия магнитной массы.

Формирователь синхроимпульса 4 раз в период выдает импульс всегда одной полярности с частотой пере-" менного напряжения сети. В один из полупериодов ток от вторичной обмотки 36 трансформатора 8 замыкается через диод 39. В другой пОлупериод, до тех пор, пока напряжение на вторичной обмотке не превысит напряжения стабилизации стабилитрона 40, тока в цепи через диод 5 нет. Заранее выбирают, что напряжение открытия динистора 35 гораздо больше, чем напряжение стабилизации стабилитрона 40, а напряжение стабилизации стабилитрона 40 выбирается несколько больше напряжения питания усилителя, чтобы не возникло цепи питания инверторов тока на транзисторах 31 и 32 при отсутствии синхроимпульса. При увеличении напряжения, снимаемого с обмотки 36 трансформатора 8, стабилитрон 40 пробивается и через диод 5 проходит ток, т.е. диод 5 представляет собой обычное сопротивление небольшой величины. Лишь в зто время, пока диод 5 открыт синхроимпульсом, инверторы тока получают коллекторное напряжение. Этот ток протекает до тех пор, пока не откроется динистор 35

65 и не зашунтирует цепь тока через ста билитрон 40. С этого момента стабилитрой 40 закрывается, а диод 5 получает обратное смещение и обрывает цепь питания инверторов, т.е; диод 5 открывается на небольшой промежуток времени раз в период с определенной частбтой, Пусть в данный момент магнитная масса присутствует вблизи одной из катушек, что вызывает появление отрицательной полуволны сигнала íà sxoде инвертора на транзисторе 31. До . поступления синхроимпульса на токовый ключ 5 на транзисторе 31 коллекторного напряжения нет, Еоллекторное напряжение отсутствует также и на. транзисторе 32. При поступлении синхроимпульса открывается транзистор

31 и протекает его коллекторный ток.

Транзистор 32 не открывается, потому что у него на входе сигнал отсутст- вует. Если в данный момент фаза сетевого напряжения такова, что на анодах,тиристоров присутствует более положительный потенциал, чем на катодах, то тиристор 33 открывается и через него проходит анодный ток. Этим током можно управлять раэ1 йчными объектами, В другой полупериод ни один иэ тиристоров 33 и 34 не открывается, хотя на базе транзистора 32 присутствует сигнал, соответствующий открытию транзистора. Тиристоры .33 и 34 не-откроются, так,как,токовый ключ 5 закрыт и напряжение на анодах тиристоров имеет более отрицательный потенциал, чем на катодах, т.е. в данном случае постоянно открывается только тиристор 33, 737978

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. авторское свидетельство СССР

9 432580, кл. G 08 G 1/09, 1972, 2, Елисеев В.С., Трибунцев И.Ф.

Управление шахтной автоматической вентиляционной дверью при безрельсовси транспорте. Цветная металлур40 гия, 1974, Ю 15, с. 45-48 (прото" тип) .

Пусть теперь магнитная масса при. сутствует вблизи другой катушки, фаза входного сигнала иэменяется на

180 и теперь уже в тот момент, когда потенциал анодов тиристоров 33 и

34 более положительный, чем като- " дов и синхроимпульс открывает токовый ключ 5, на базу транзистора 32 поступает открывающее напряжение, протекает его коллекторный ток, oTlt» крывается тиристор 34 и выдается сигнал на управление объектом. Тиристор 33 не открывается, так как на его входе сигнал отсутствует. Так продолжается до тех пор, пока магнитная иасса присутствует внутри укаэанной индукционной катушки.

Таким образом, происходит строгое

"равд ление выходного сигнала в зави симости от наличия магнитной массы только вблизи конкретной катушки.

При несогласованной фаэировке вторичной обмотки 36 силового трансформатора 8 и анодного напряжения тирнсторов 33 и 34 ни одкн иэ тнристоров не откроется прк наличии магнитной массы около любой из индукционных катушек. В этом случае синхроимпульс поступает в тот полупериод, когда на анодах тиристоров более отрицательный потенциал, чем на катодах, куда синхронмпульс поступает сдин раз в период, Так как контуры катушек обычно располагаются параллельно друг другу и перпендикулярно направлению движения магнитной массы, на небольшом расстоянии друг от spy а, то они практически находятся в одних температурных условиях. Тем самьи устраняется дополнительная погреаность, ко.торая возникает в дифференциальнотрансформаторных схемах, когда катушки находятся в различнык температурных условиях. Подключение концов

Ъсатушек осуществляется таким образом, чтобы помехи, наводимые магнитным полем земли в контурах катушек, компеноировали друг друга и не поступали на вход усилителя переменного тока.

Бесконтактный датчик наличия маг- . нитной массы. содержащий индуктивные катушки, установленные на пути движения магнитной массы и являющиеся источником полезного сигнала, усили15 тель, подключенный к выходу катушек, источник переменного напряжения, подключенный к входам катушек, и источник питания, о т л и ч а в шийся тем,, что с целью ловьваения помехоусЯ тойчив Ости, температурной стабильности и избирательности, в него введены формирователь синхроимнульсов, релейные элементы и токовый ключ, причем к выходу фор4ирователя сиихроймпуль25 сОв пОдклвчен вхОд тОковОгО ключа выходы которого подключены к входам релейных элементов к другим входам которых подключен выход усилителя, а индуктивные катушки включены по дифференциально-трансформаторной схе30

73797В

Тираж 682 Подпйсное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Закаэ 2570/9

Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Майоршин

Редактор И. Нанкина Техред Ж.Kаcтелeви Корректор В. Синицкая