Устройство для измерения угловых перемещений
О П И С А Н И Е (920364
ИЗОВРЕТЕН Ия
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ceres Сввете них
Сецмалиетнчееннн
Рееттубнин (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.№80 (21) 2952003/18-24 с присоединением заявки РЙ— (23) Приоритет— (5l)M. Кл.
G 01 В 7/30
G 08-С 9/00 Ьнударнтнннньй квмнтет
CCCP нв делам нзнйрнтеннй н аткуьпнй (63) УДК 531.719. (088.8) Опубликовано 15 04 82. Вкзллетень М 14
Дата опубликования описания 15.04.82 (72) A8TOpbl изобретения
5 ю
В. П. Бархаев, А. Ф. Гончаров и В. Д. Попов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ НЕРЕМЕ1ПЕНИИ
Изобретение относится к системам автома тического контроля н измерения перемещений, а именно к устройствам длл измерения угловых перемещений.
Известен преобразователь угловых перемещений, содержащий частотный квантовый датчик индукции магнитного поля, размещенный внутри двух магнитных систем. Одна из них— подвижная — жестко соединенная с входным валом, а вторая, неподвижная, — с корпусом, являющимся одновременно магнитным экраном. При любом положении входного вала направление суммарного вектора магнитной индукции остается неизменным. Это достигается путем компенсации одно" иэ составляюИ щих вектора магнитного поля, создаваемого подвижной магнитной системой. Компенсация в данном устройстве осуществляется при по- мощи следящей системы, состоящей из однокомпонентного нуль-индикатора магнитной ин20 дукции, расположенного внутри магнитных систем, ось чувствительности которого коллинеарна с .осью одной из неподвижных магнитных систем, подключенной чеоез индикатор и уси-. литель-формирователь к выходу нуль-нндика opafQ
Недостатком этого устройства является дополнительная погрешность измерения углов, возникающая за счет использования нуль-индикатора, не совмещенного с центром квантового датчика и создающего магнитные помехи.
Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому устройству явяяется устройство для измерения перемещении, содержащее входной вал, корпус, мапппную систему, состоящую нэ неподвижной части, жестко соединенной с валом, частотный преобразователь индукции магнитного поля, редуктор, входной вал которого жестко соединен с входным валом, корпус жестко соединен с неподвижной частью магнитной системы, выходной вал — -c частотным преобразователем, а частотный преобразователь выполнен в виде квантового самогенернрующего датчика (2).
Недостатками этого устройства являютея ограниченный диапазон измерения углов, обусловленный рабочим диапазоном квантового датчика, значительные погрешности из-за вза3 92 имодействия вращающегося вектора магнитной ,индукции с ферромагнитным экраном, обусловленные нелинейностью намагничивания Магнитного экрана; значительные погрешности определения угла разворота подвижной магнитной системы, обусловлснные ограниченной угловой чувствительностью преобразователя.
Целью изобретения является повышение, точности и расширение диапазона устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения угловых перемеще- ний, содержащее магнитную систему, выполненную из неподвижного элемента, жестко связанного с корпусом, и подвижного эле-; . мента, и квантовый датчик, расположенный.
- внутри магнитной системы, введены блок за дания угловой чувствительности, блок выбора диапазонов, вычислительный блок, управляе,мый источник опорного тока и коммутатор, первый вход которого соединен с первым выходом вычислительного блока, второй вход соединен с первым выходом управляемого источника опорного тока, третий вход коммутатора подключен к первому выходу блока выбора диапазонов, второй выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого подключен к квантовому датчику, выход коммутатора соединен с подвижным элементом мапппной системы, . связанным с блоком выбора диапазонов, второй выход управляемого источника опорного тока соединен с неподвижным элементом магнитной системы, вход управляемого источника опорного тока через блок задания угловой чувствительности соединен с вторым выходом вычислительного блока.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 и 3 — диаграммы, поясняющие его работу.
Усгройство для измерения угловых перемещений содержит корпус 1, магнитную систему
2, выполненную из неподвижного элемента 3 и подвижного элемента 4, жестко связанного с входным валом 5 (к устройству не относится) и с. валом б блока 7 выбора диапазонов, корпус которого жестко соединен с корпусом
1, коммутатср 8, вычислительный блок 9, блок
10 задания угловой чувствительности, унравля« емый источник 11 опорного тока и квантовый датчик 12.
Изменение силы тока на выходах унравляемого источника 11 опорного тока производится дискретно по сигналам с выхода блока 10 задания угловой чувствительности.
Устройство работает следующим образом.
Пусть подвижный элемент 4 магнитной системы 2 развернут на некоторый угол а относительно неподвижного элемента 3 (фиг. 2).
По сигналу с первого выхода блока 7 выбора
t8it=Kу Ъ Sing-
Грубое определение угла разворота входно. го вала а" производится вычислительным блоком 9 но сигналам е квантового датчика 12 и блока 7 выбора диапазонов но формуле (фиг. 2): а = (n-1) — + а, 360
К
Si, где n — номер диапазона блока выбора диа4© пазонов;
К вЂ” общее число диапазонов.
Погрешность определения а обусловлена ограниченной угловой чувствительностью устрой ства в и-м диапазоне.
По значению аа вычислительный блок определяет номер поддиапаэона (фиг. 3) и выдает со второго выхода сигнал на коммутатор 8.
Происходит переключение обмоток подвижного
SO элемента 4 таким образом, чтобы угол между . векторами магнитной индукции злемеита 4 и элемента 3 соответствовал выбранному поддиапазону е. Одновременно по сигналу с бпока 10 задания угловой чувствительности уве5S личивается сила тока на выходах управляемого источника 11 опорного тока..йри этом выполняется соотношение (фиг. 3)
В, < В < В aiaxc.
0364 4 диапазонов коммутатор 8 подключает обмот. ки подвижного элемента 4 магнитной системы таким образом, что после подачи питания со второго выхода управляемого источника 11
1 опорного тока на неподвижный элемент 3 магнитной системы 2 и с его первого выхода через коммутатор,Я на подвижньгй элемент 4
MarKmtoA системы суммарный вектор магнитной индукции В составляет с оптической
1п осью квантового датчика 12 угол, обеспечивающий его устойчивую работу, Подача питания с выходов управляемого источника 11 опорного тока осуществллется по команде с блока 10
Ьадания угловой чувствительности. При этом . выполняется соотношение (фиг. 2)
Bz мин < В< < Bg максу где Вямин Вх макс ийжняя и верхняя границы рабочего диапазона квантового датчика.
В результате этого квантовый датчик 12 начинает генерировать с частотой f пропорциональной углу а :
f К В „К В 2(1+ cos a где К вЂ” аналог величины гидромагнитного у отношения для атома, Модуль угловой чувствительности устройства при этом равен
920364
Устройство для измерения угловых перемещений, содержащее магии;ную систему, выпол-. ненную из неподвижного элемента, жестко связанного с корпусом, и подвижного элемента, и квантовый датчик, расположенный внутри магнитной системы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и рас16 шнрения диапазона устройства, в него введены блок задания. угловой чувствительности, блок выбора диапазонов, вычислительный блок, п. равляемый источник опорного тока и коммута-! тор, первый вход которого соединен с первым
15 выходом BhpBlcHHTOJEssolo блока, второй входсоединен с первым выходом управляемого источника опорного тока, трепщ вход коммутатора подключен к первому выходу блока выбора диапазонов, второй выход которого соединен с первым входом вычислительного блока, второй вход которого подключен к квантовому датчику, выход коммутатора соединен с подвижным элементом магнитной системы, связанным с блоком выбора диапазонов, вто рой выход управляемого источника опорного тока соединен с неподвижным элементом магнитной системы, вход управляемого источника опорного тока через блок з;дания уптовой чувствительности соединен с вторым выходом вычисли тельного блока.
&" %н о " ю! - ь -,„ где m — номер поддиапазона;
g — число поддиапазонов.
Погрешность определения а, обусловленная шумами квантового датчика 12, существенно снижается вследствие увеличения угловой чувствительности устройства.
Введение блока задания угловой чувствительности, блока выбора диапазонов, коммутатора,, вычислительного блока, управляемого источника. опорного тока позволяет расширить диапазон измеряемых углов, уменьшить погрепшость, Ьбусловленную шумами датчика, за счет увап . чения угловой чувствительности устройства.Кроме того, умеиыпеннем 6 (за счет увеличения а*) и использованием квантового датчика, работающего в низких диапазонах нолей, мохито существенно уменынить погрешности вэаимодай-З ствия вращающегося вектора магнитной индукции с ферромагнитным экраном, обусловаппше иелинейностью намагничивания экрана.
Частота на выходе квантового датчика f при этом пропорциональна гл а". " = К В" - К В" 2(1+ ), . а модуль угловой чувствительности устройства равен
Точное определение угла разворота входного вала производится вычислительным блоком
9 по сигналу с квантового датчика 12 па формуле
К((-1 „(rn-à) — + Г 8О К о
К Я
Формула изобретения
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР и 590796, кл. G 08 С 9/04, 1976.
2. Алторское свидетельство СССР N 600386, кл G 01 В 7/30, 1976 (прототип).
920364
Bg
teiq
Составитель В. Рыгалин
Техред Т. Маточка
Корректор В. Бутяга
Редактор О. Персиянцева
Заказ 2313/38 Тираж 614
ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений. и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„д. 4/5
Подписное8, 5g
tea
Bg ь1 Е
8g
Мх
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,.4
