Датчик перемещений (его варианты)
<и 994967
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное н авт. свид-ву (22)Заявлено 05.09.80 (2! ) 2978823/25 28 (5l }M. Кд. с присоединениеи заявки № 2978822/25-28
G 01 В 7/00
//Н 02 К 24/00
Геаударствеллнл канлтет (23) Приоритет— ае делан лэавратеннй и етхрнтий
Опубликовано 07.02.83 ° Бюллетень № 5
Дата опубликования описания 0 02 83 (53) УДК 621. 317.
° 39: 531 ° 71 (088. 8) (72) Автор, изобретения
Г. И. Алкин (71) Заявитель (5") ДАТЧИК ПЕРЕИЕЩЕНИй (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1
Изобретение относится к контрольно. измерительной технике и может найти применение в устройствах измерения перемещений подвижных узлов станков, измерительных машин и приборов.
Известны датчики перемещений, содержащие два относительно подвижных элемента с печатными обмотками, например датчик типа индуктосин (1 1.
Одним из недостатков датчиков такого типа является погрешность, обусловленная наличием высших пространственных гармоник поля, например, изза неточности выполнения обмоток.
Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является датчик перемещений, содержащий два относительно подвижных элемента и размещенную на одном из них печатную обмотку с шагом Т. В этом датчи- эо ке ширина проводников обмотки постоянна и выполнена равной Т/и, где n— номер устраняемой нечетной пространственной гармоники поля. Таким обра2 зом, за счет выбора конкретной ширины проводника обмотки происходит уст-. ранение одной из нечетных высших пространственных гармоник поля $2).
Недостатком такой конструкции является неполное устранение подавляемой гармоники из-за неточности выпол. нения проводников обмотки и возможность устранения только одной нечетной гармоники поля.
Целью изобретения является уменьшение погрешности датчика от влияния и-й пространственной гармоники поля, а также одновременное уменьшение погрешности датчика от влияния какихлибо двух нечетных пространственных гармоник поля.
Поставленная цель достигается тем, что в датчике перемещений по первому варианту проводники обмотки выполне-. ны в виде двух последовательно соединенных участков одинаковой длины и ширины, смещенных один относительно другого вдоль поверхности элемента на
994
907 4 ° которые могут быть представлены в следующем виде
1 2 ) J)nd 2ЛПХ е.е
+Я о(соз C05 +
З,Ь 3,1 а и Т т
5 0=1 е+е
2 .))пд . 2л пх
+ P COS а „ и Т Т
sin величину, равную d T/2n, где n=2, 3, 4...- номер пространственной гармоники.
В датчике перемещений по второму варианту проводники выполнены в виде двух последовательно соединенных участков разной длины и ширины, соотношение которых определяется из формулы
f) el fi)o2
С1 51ПП: — а Sinn
Т " 2
6 3l cx„Уа
СФ 51ПП И 51ПП
1 где 21 и 22 - длина первого и второго участков соответственно а1 и а2 — ширина первого и второго участков соответственно; и и n — номера устраняемых высших нечетных пространственных гармоник поля. с+е
2 .)) пЗ 2 37пх
+ d ncos Т cos Т (2)
0=2 где ИЗ и М31 - взаимные индуктивнос ти обмотки 3 и участков 6 и 7 проводников обмотки 5;
М4, 6 и М, 1 - взаимные индуктивнос20 ти обмотки 4 и участков 6 и 7 проводников обмотки 5; величина смещения осей проводника, представ25 ленного двумя участками (по первому варианту датчика); и 22 — длины активных участков 6 и 7 проводни30 ков; а„ и а — ширина активных участков 6 и 7 проводников; и - номер гармоники; х . — величина относитель35 ного перемещения элементов 1 и 2; . р, и с), — постоянные коэффициенты при и-х гармониках, причем о 1=у„;
Т - шаг обмотки шкалй.
Очевидно, что при 1)„=1)2=1/2 и одинаковой ширине а участков проводников смещение 4=Т/2n при любом конкретном и 2, 3 ... приводит к равенству нулю
45 соответствующей гармоники как четной, так и нечетной во взаимных индуктив.ностях, описываемых уравнением (2), а также равенство нулю погрешности датчика перемещений, обусловленной
50 этой пространственной гармоникой поля. При этом величина первой гармоники ЭДС, наводимой в обмотке 5 и являющейся. полезным сигналом датчика, определяется как
E — K+3 1, cos „sin(vt )) (3)
„«Е У . 2тх где ) и м — соответственно амплитуда и круговая частота тока питания;
На фиг. 1 изображена конструкция первого варианта датчика перемещений; на фиг. 2 - вариант исполнения участков проводников его печатной обмотки; на фиг. 3 — конструкция второго варианта датчика перемещений; на фиг. 4вариант исполнения участков проводников его обмотки.
Датчик перемещений содержит два относительно подвижных элемента: головку 1 и шкалу 2, на которых размещены соответственно синусная обмотка
3, косинусная обмотка 4 и индуктивно связанная с ними обмотка 5 шкалы 2.
Проводники обмотки 5 расположены с шагом Т и выполнены в виде двух последовательно соединенных участков 6 и 7, имеющих соответственно длину 7„ и Р2 и ширину а „, а2. В первом варианте датчика эти участки смещены один относительно другого по длине шкалы 2 на величину d=T/2n и имеют одинаковую ширину а1=а2=а. B варианте исполнения проводников обмотки датчика один из участков, например 6, может быть выполнен в виде двух половин, между которыми включен другой участок, н юример 7, что позволяет уменьшить влияние от перекосов обмотки (фиг. 2 и 4).
Датчик перемещения работает следу, ющим образом.
При питании обмоток 3 и 4 синусоидальными токами, смещенными на f)/2, в обмотке 5 наводится ЗДС. Ее величина зависит от суммы взаимных индуктивностей между отдельными участками
6 и 7 проводников и обмоток 3 и 4, р+е
1 2 1 find . 2finx
4,6 4, ) а „14 Т " т
994907
Формула изобретения е„
8. )foal 7>сх
Т "2 т
Т 1 т
Я a„51п
С
2 с1 Sin где 1 и 2 —
Tia
2 -2 Т
Т я1 и а2
5 время;
К - коэффициент пропорциональности.
Равенство (3) показывает, что ве-.личина полезного сигнала ЭДС датчика перемещений уменьшается при увеличении номера подавляемой гармоники, -но не меньше величины полезного сигнала. датчиков, использующих подавление высших пространственных гармоник поля >0 при помощи выбора ширины проводников, как это осуществлено в известном техническом решении.
8о втором варианте исполнения дат- чика перемещений происходит устранение только нечетных гармонических составляющих поля, поэтому выражение (2) может быть записано как
36 3 и
2Лпх „ . п=1,3
1 1 — Sin — s п а Т
2 стю и+3
++ = () о(с05 х
2 2Лпх
4,6 41 и 1 и Т
1 1 1 2 . 2 2
" — S1e + — уп (4у с Т О2 Т
Приравняв выражение B скобках к нулю, получаем условия, при которых происходит одновременное уменьшение погрешности от влияния каких-либо двух высших нечетных пространственных
35 гармоник поля, т. е.
Уп а
;(Ц
1 Я
2. Т 40 п с с: O 51A
1 1
Р 7п с с 25" и
45 у
Систе ла уравнений лр) реваетси графическим.или численным методом, при которых определяются области сущест- вования а и а2.
Например, при подавлении третьей и пятой гармоник (n„=3, па†-5} области существования а 1 и 02 определяются как Т . 11Ò 3Т
