Датчик угла поворота вала

 

О П И С А Н И Е 773426

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.04.79 (21) 2756552/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. К .з

G01 В7/30 б 08 С 9/04

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 23.10.80. Бюллетень №39

Дата опубликования описания 25.10.80 (53) УДК 681.325 (088.8) И. П. Глаголев, Е. В. Замолодчиков, А. Б. Керпель, А. Н. Марченко и В. С. Туревский

% тъ, 6

% (72) Авторы изобретения, 71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для связи измеряемой аналоговой велцчины, представленной в виде угла поворота, с вычислительным устройством.

Известен преобразователь угла поворота вала в код, содержащий магнитомодуляционный датчик угла, выполненный в виде двух постоянных кольцевых магнитов, установленных концентрично с возможностью совместного поворота относительно своей оси, поверхности которых, обращенные друг к другу, выполнены в виде полюсных наконечников с линейно изменяющимся зазором между ними в зависимости от угла поворота вала, установленный в зазоре гальваномагнитный чувствительный элемент (1).

Недостатком такого преобразователя является низкая разрешающая способность и низкая точность измерения угла, вызванная наличием технологических погрешностей изготовления и установки датчика угла.

Известен преобразователь, содержащий магнитомодуляционный датчик, выполненный в виде двух концентрично с зазором расположенных магнитопроводных цилиндров, первый из которых имеет на внутренней поверхности явно выраженные полюса, а второй, расположенный внутри него, имеет на наружной поверхности два гальваномагнитных датчика и охватывающий его соленоид (2) .

Недостатком его является то, что он не позволяет производить измерение углового положения в широком диапазоне изменения угла с высокой точностью.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик уг1о ла поворота вала, содержащий два кольцевых магнитопровода, установленные соосно и разделенные зазором, магнитопроводы выполнены в виде зубчатых концентричных колец из постоянных магнитов с одинаковым

1 числом зубцов треугольного профиля, причем, вершины зубцов постоянно расположены друг против друга, а гальваномагнитный датчик в виде магниторезистора, помещенный в зазоре, кинематически связан с входным валом (3) .

2О Недостатком такого датчика является низкая точность измерения, так как в преобразовании угла поворота вала в электрический сигнал участвует лишь одна пара зубцов, воздействующих на магниторезис773426 тор, вследствие чего невозможно уменьшение влияния накопленной погрешности изготовления зубчатых колес с помощью усреднения.

Цель изобретения — повышение точности датчика угла поворота вала.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик угла поворота вала, содержащий два кольцевых магнитопровода, установленные соосно и разделенные зазором, пер. вый из кольцевых магнитопроводов содержит равномерно расположенные по окружности зубцы, обращенные в сторону зазора, кольцевой постоянный магнит, магниточувствительный элемент, введены дополнительные магниточувствительные элементы, кольцевые магнитопроводы выполнены П-образными и установлены торцами друг к другу, на одном из торцов первого кольцевого магнитопровода установлен кольцевой постоянный магнит, а другой торец выполнен зубчатым, на одном торце второго кольцевого магнитопровода, сопряженном с зубчатым торцом первого кольцевого магнитопровода, установлены магниточувствительные элементы, которые объединены в группы, магниточувствительные элементы каждой из групп равномерно расположены по окружности, смещены относительно магниточувствительных элементов соседней группы на четверть зубцового деления и соединены между собой последовательно, а магниточувствительные элементы выполнены в виде магниторезистивной матрицы, в которой магниторезисторы расположены на общей магнитомягкой подложке.

На фиг. 1, 2, 3 схематично представлены возможные варианты конструкции датчика.

Датчик угла поворота вала содержит два кольцевых магнитопровода 1 и 2, установленные соосно и разделенные зазором. Кольцевые магнитопроводы 1 и 2 выполнены П-образными и установлены торцами друг к другу, на одном из торцов магнитопровода 1 установлен кольцевой постоянный магнит 3, а другой торец выполнен зубчатым, на одном торце магнитопровода 2, сопряженном с зубчатым торцом магнитопровода 1, установлены магниточувствительные элементы (магниторезисторы) 4 и 5, которые объединены в группы, магниточувствительные элементы каждой из групп равномерно расположены по окружности, смещены относительно магниточувствительных элементов соседней группы на четверть зубцового деления и соединены между собой последовательно.

Принцип действия датчика основан на использовании магниторезистивного эффекта, который заключается в увеличении сопротивления полупроводникового магниторезистивного элемента при внесении его в магнитное поле. Магнитное поле в датчике создается с помощью кольцевого постоянного магнита 3, при этом в рабочем воздушном зазоре, образованном зубцами магнитопровода 1 и магниточувствительными элементами 4 и 5, устанавливается определенная напряженность магнитного поля, зависящая от взаимного расположения зубцов магнитопровода 1 и элементов 4 и 5.

При вращении магнитопроводов 1 и 2 относительно друг друга изменяется взаимное расположение зубцов магнитопровода 1 и элементов 4 и 5.

Период изменения напряженности маг46 нитного поля для каждой из групп магниторезисторов 4 и 5 равен периоду Т расположения зубцов магнитопровода 1. При линейном изменении напряженности магнитного поля сопротивление каждого из магниторезисторов 4 и 5 изменяется практически

1$ линейно. В исходном (условно-нулевом) положении магниторезисторы 4 первой группы расположены против соответствующих зубцов магнитопровода 1, а магниторезисторы 5 второй группы — в промежутках зе между зубцами. Через четверть периода Т расположение магниторезисторов 4 и 5 относительно зубцов изменяется на противоположное. Магнитомодуляционный датчик выдает информацию об угловых перемещениях в виде изменения сопротивления двух групп магниторезисторов 4 и 5. Причем, если первая группа магниторезисторов 4 изменяет свое суммарное сопротивление при взаимном вращении магнитопроводов 1 и 2 по синусоидальному закону, то вторая rpyngy па магниторезисторов 5 изменяет свое суммарное сопротивление по косинусоидальному закону. Участие в формировании выходных сигналов датчика двух групп магниточувствительных элементов, когда элементы каждой из групп равномерно расположены

$f по окружности, смещены относительно элементов соседней группы на четверть зубцового деления и соединены между собой последовательно, позволяет значительно повысить точность измерения угла поворота, 4 так как в этом случае происходит усреднение различного рода технологических отклонений при изготовлении и юстировке датчика. В результате получается магнитомодуляционный синусно-косинусный датчик, простой в изготовлении и обладающий по4$ вышенной точностью.

Формула изобретения

$0

1. Датчик угла поворота вала, содержащий два кольцевых магнитопровода, установленные соосно и разделенные зазором, первый из кольцевых магнитопроводов содержит равномерно расположенные по окружности зубцы, обращенные в сторону за$$ зора, кольцевой постоянный магнит, магни-. точувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повышения точности датчика, в него введены дополнительные магни773426 б

Фиг. / точувствительные элементы, кольцевые магнитопроводы выполнены П-образными и установлены торцами друг к другу, на одном из торцов первого кольцевого магнитопровода установлен кольцевой постоянный магнит, а другой торец выполнен зубчатым, на одном торце второго кольцевого м агнитопровода, сопряженном с зубчатым торцом первого кольцевого магнитопровода, установлены магниточувствительные элементы, которые объединены в группы, магниточувствительные элементы каждой из групп равномерно расположены по окружности, смещены относительно магниточувствительных элементов соседней группы на четверть зубцового деления и соединены между собой последовательно.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что магниточувствительные элементы выполнены в виде магниторезистивной матрицы, в которой магниторезисторы расположены на общей магнитомягкой подложке.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 366487, кл. G 08 С 9/04, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР № 458009, кл. G 08 С 9/04, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР № 342210, кл. G 08 С 9/04, 1970 (прототип).

773426

Редактор Т. Кугрышева

Заказ 7485/51

Составитель А. Смирнов

Техред К.Шуфрич Корректор Н. Григорук

Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

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