Устройство для определения параметров вращения

 

Использование: измерение угловых перемещений и скоростей. Сущность изобретения: проволока Виганда и постоянные магниты сориентированы так, что при вращении Вперед магниты вначале воздействуют ня одну половину проволоки, а затем на другую, а при вращении Назад - наоборот , поэтому при вращении Вперед импульсы в первой катушке опережают соответствующие импульсы во второй катушке , а при вращении Назад наоборот, далее электронная схема определяет направление вращения, а также формирует последовательность импульсов с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора 3 ил

СОК>З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 P 13/00, 3/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОГ1 И САН И Е ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4889619/10 (221 10.12,90 (46) 07.08.92, Бюл, ¹ 29 (71) Ленинградский электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (72) E,Ã,Áèøàðä и В,А.Кучеров (56) Патент США № 4150314, кл. Н 02 К 21/38, 1979, Заявка Великобритании № 2150366, кл. Н 02 l(39/00, 1985, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ (57) Использование: измерение угловых перемещений и скоростей. Сущность изобреИзобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения углового перемещения, скорости и направления вращения.

Известны устройства для измерения углового перемещения и скорости на основе аффекта Виганда, основным достоинством которых является независимость параметров выходного импульса от скорости вращения, Существуют три основных варианта построения таких устройств.

Проволока Виганда (или совокупность проволок) перемещается относительно двух постоянных магнитов с размещенной между ними приемной катушкой, Магниты движутся относительно модуля Виганда (приемная катушка с проволокой

Виганда внутри), БЫ„„1753425 À1 тения: проволока Виганда и постоянные магниты сориентированы так, что при вращении "Вперед" магниты вначале воздействуют на одну половину проволоки, а затем на другую, а при вращении "Назад" — наоборот, поэтому при вращении "Вперед" импульсы в первой катушке опере>кают соответствующие импульсы во второй катушке, а при вращении "Назад" наоборот, далее электронная схема определяет направление вращения, а также формирует последовательность импульсов с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора. 3 ил.

Магниты и модуль Виганда неподви>кны, а их взаимодействие регулируется перемещением магнитного экрана. преимущество первого варианта над двумя другими в том, что он чувствует направление вращения, однако выходной сигнал значительно слабее и при удалении катушки от проволоки Виганда более чем на

2 мм становится пренебрежимо малым. В результате снижается помехозащищенность устройства, повышаются требования к точности установления зазора между подви>кной и неподви>кной частями, что ограничивает область применения первого варианта. Указанных недостатков лишены второй и третий варианты.

Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит ротор, по ободу которого равномерно расположены полюСа постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенные коаксиально ей приемную ка1753425 тушку и компенсационну!о катушку с магнитопроводящей пластинои внутри, Проволока Виганда ориентирована относительно маг!!Ит ibtx пол!асов таким образом, что

Один из PD«f«< 66 кон )OB 14cf«bITbI jl38T Дайст" вие магнитного поля этих полюсов силь Iee, чем другой vîíeö, Магнитапроводящая пластина используется для усиления сит«!алов в приемной и компенсационной катушках.

Г1роволака Биганда neремагничивается о симметричном режиме пол!осами магнитов при движении ротора, в результате чего, в приемной катушке наводятся импульсы

Биганда, а наводимые изменяющимся магнитным полем помехи исключаются

КОМП6HCQ ЦИОН Най КЗТУ!З«кай.

Недостаток устройства — нечувстви тел ьнаГ ть к нап равла! II4IO Вра«е!8!!«ле«, Це«1ь изаб1«атениЯ вЂ” расо««ирен ив функциональных возмож!!остей устройства путем определе«:ия «!вправления вращения.

Цель достигается тем, по о устройство, содержащаа ротор, па ободу которого.равнаме!3« lа распалах<ен ы пал«аса постоя! ных глаг!4итае1 Iepepy«OUlейся пОля(зност!л., паа

BoJIc j еэиГ3!!да и 1зазглеще!4!4уlо кааксl«ально ей приемну«О катушку, введены оторeë приемная катушка, схема формирования и определения направле!!ия вращения, с0стоящая из первого и Второго положительных од,fопалуг«ериодннх оыпряMèòeëeé, первого и второго отрицательных ад!!опа,лупериадных оып1зяглителеЙ, ГIВГэооl О и второго аналоговых сумматоров, пароого, второго, третьего и четвартого компаратарОВ, первого, второго и третьего RS òpèããepa», первого и второго элементов 2И, элемента 2vlJIN, причем первая и вторая приегл!4ые катушки идентичны и расг!Оложены симглет«з«лч«!О па Обе cTOpeны ÎTiIÎ сительно центра провала <и В«лга!4да, постоянные магниты расг!оложены на роторе радиально, каждый из мап«итов представляет собой в попере-«нам сече!4и«л квадрат, первая и третья противапалажныЕ стороны которога развернуты под. углам

26,5О к плоскости праще.- ия ротора, дллна стороны квадрата равна длина проволоки

Вига!4да, ось проволоки Виганда перпендикулярна плоскости вращения ротора, а плоскость Вращения вершин углов, образованных первой и четвертой сторонами поперечных сечений t<3>I

30 >) )5 ло

55! зтарага положительнаГО Однопалупе«зиадtIoI0 выпрямителя соединены сооТВеТсТВенна с !!ервь!м II оторьил входами второго аналогового сумматора, выход которого соединен с инверсным входом третьего кампаратара и прямым входом четвертого комг!аратора, YIIBepcныс входы первого и че;вертого кампараторов соединены с истачн«4 ком Г«оложител ы !ОГО апа(зн ОГО на п1зя жен. я, а прямые входы второго и третьего кампараторав соединены с источникам отри i 131 елы IОГО Оп арно ГО на п ряжения, выxад пергзаго кампаратора соединен с S-входом парвага триггера, первым входом элемента

2ИЛИ и первым входом первого элемента

2И, выход второго кампаратора саедине««! с

S-входам второг rpvirepa и оторь!м Входом второго элемента 2И, выход третьего !

Зе« и отарыгл Входам элеглс!4та 2ИЛ И, Вы:<Од четвертого каглпаратора соединен с R-входом второго триггера. инверсный выход пер!зато триггера соединен с г!е!звым гходам второго элемента 2И, выход которого саедлнен с R-входом третьего трлггера, инBepñíbié Выход второго триггера соединен с отоpbli « Bxo 10é oеpBОГО элемcfITQ 2И, Bbl!

"Направление", а Выход элемента 2ИЛИ Является выходом устройства, На фиг, 1 прйоедена структурная схема устройства и взаимное распалоэкение его ме"анических частей, вид И; на фиг. 2 -- функциональная схема СФОН; на флг, 3 — времеllHble диаграммы работы устройства, 13 которых приведены г«ыхадные сигнаг!1.! узлов и Элементов (цифровой индекс о обозначении сигналов соответствует номеру элемента на фу!!к!э!«ональе!Ой схеме фиг. 2).

Устройство для определения параметров Вра!це!!ия садерэкит роТОр 1, по ободу которого равг!а lepHO располо>ке!4ы пал!Оса постоянных магнитов 2 череду!Ощелся пп.

1753425 лярности, проволоку Виганда 3 и размещенные коаксиально ей первую 4 и вторую 5 приемные катушки, схему 6 формирования и определения направления вращения (СФОН), состоящую из первого 7 и второго

10 положительных однополупериодных выпрямителей, первого 8 и второго 9 отрицательных однополупериодных выпрямителей, первого 11 и второго 12 аналоговых сумматоров, первого 13, второго 14, третьего 15 и четвертого 16 компараторов, первого

17, второго 18 и третьего 22 RS-триггеров, первого 19 и второго 20 элементов 2И, элемента 2ИЛИ 21, причем первая 4 и вторая 5 приемные катушки идентичны и расположены симметрично по абе стороны относительна центра проволоки Виганда 3, постоянные магниты 2 расположены на роторе 1 радиально, каждый из магнитов 2 представляет собой в поперечном сечении квадрат ABCD, первая АВ и третья С0 противоположные стороны которого развернуты под углом а = 26,5 к плоскости вращения ротора 1, длина стороны квадрата ABCD равна длине. проволоки Виганда 3, ась проволоки Виганда 3 перпендикулярна плоскости вращения ротора 1, а плоскость вращения ll вершин углов, образованных первой АВ и четвертой DA сторонами поперечных сечений каждого из магнитов 2, проходит через середину проволоки Виганда 3, второй вывод первой катушки 4 и первый вывод второй катушки 5 соединены с общей точкой схемы 6 СФОН, первый вывод первой катушки 4 соединен с входом первого полах<ительного однополупериадного выпрямителя 7 и входом второго отрицательного однапалупериоднага выпрямителя 9, второй вывод второй катушки 5 соединены с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя 8 и входом второго положительного однопалупериаднаго выпрямителя 10, выход первого положительного однаполупериаднага выпрямителя 7 и выход первого отрицательного однопалупериоднаго выпрямителя 8 соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора 11, выход которого соединен с прямым входом первого компаратора 13 и инверсным входам второго компаратара 14, выход второго отрицательного однополупериадного выпрямителя 9 и выход второго положительного однополупериадного выпрямителя 10 соединены соответственно с первым и вторым входами второго аналогового сумматора 12, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратара

15 и прямым входом четвертого компаратара 16, инверсные входы первого 13 и четвертого 16 кампараторов соединены с источником положительного опорного напряжения, а прямые входы второго 14 и третьего

15 компараторов соединены с источником отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора 13 соединен с Sвходом первого триггера 17, первым входом элемента 2ИЛИ 21 и первым входом первого элемента 2И 19, выход второго компаратора 14 соединен с S-входом второго триггера 18 и вторым входом второго элемента 2И, 20, выход третьего компаратора

15 соединен с R-входом первого триггера 17 и вторым входом элемента 2ИЛИ 21, выход

10 входом второго триггера 18, инверсный выход первого триггера 17 соединен с первым входом второго элемента 2И 20, выход которого соединен - R-входом третьего триггера

22, инверсный выход второго триггера 18

20 соединен с вторым входом первого элемента 2И 19, выход которого соединен с S-входам третьего триггера 22, выход которого является выходам "Направление", а выход элемента 2ИЛИ 2 1 является выходом устройства.

Устройства работает следующим образам.

При вращении "Вперед" постоянные магниты 2, проходя мимо проволоки Виган30 да 3 с катушками 4 и 5, вначале преимущественна воздействуют на правую половину проволоки Виганда 3 с катушкой 4 (примерная точка срабатывания проволоки Виганда

3 — точка а (фиг, 1)), в результате чего перемагничивание проволоки Виганда 3 начинается с правого конца. а так как перемагничивание сердцевины проволоки Виганда 3 происходит за один скачок, та импульсы s катушке 4 всегда опережают

40 соответствующие импульсы в катушке 5 на время т, которое не зависит от скорости вращения ротора 1, После выпрямления с помощью положительных и отрицательных однопалупериадных выпрямителей 7-10 выходные сигналы катушек 4 и 5 пода атся на сумматоры 11 и 12; положительная часть сигнала ат катушки 4 и отрицательная от катушки 5 подаются на сумматор 11, отрицательная ат катушки 4 и галажительная от катушки 5 — на сумматор 12. Так как катушки

4 и 5 работают в противофазе, то выходные импульсы сумматоров имеют вид U11; U12, "Вперед" (фиг, 3). На выходе сумматора 11 положительный импульс опережает атрица55 тельный на время т, а на выходе сумматора

12 отрицательный импульс опережает положительный на время t. Кроме того, в сумматорах 11 и 12 происходит взаимная

15 четвертого компаратора 16 соединен с R1753425

30 компенсация помех, наводимых в катушках

4 и 5 изменяющимся магнитным полем.

При вращении "Назад" перемагничивание проволоки Виганда 3 начинается с левого конца (примерная точка срабатывания проволоки Виганда 3 — точка б (фиг, 1)), а импульсы в катушке 5 опережают на время

Т соответствующие импульсы в катушке 4, Теперь на выходе сумматора 11 отрицательный импульс опережает положительный на время т, а на выходе сумматора 12 поло>кительный импульс опережает отрицательный на время t(U11, U12; "Назад", фиг. 3).

Далее при вращении "Вперед" выходные импульсы компараторов 13 и 15 опережают соответственно выходные импульсы компараторов 14 и 15, Таким образом, переходы триггера 17 на инверсном выходе из состояния "Лог, 1" в состояние "Лог. 0" и наоборот происходят раньше, чем аналогичные переходы триггера 18, в результате чего импульсы с выхода компаратора 13 проходят через элемент 19 на S-вход триггера 22, а п --,од импульсов с выхода компаратора

14 через элемент 20 íà R-вход триггера 2 блокируется, поэтому триггер 22 устойчиво находится в состоянии "Лог. 1", что соответствует направлению вращения "Вперед" (фиг, 3, "Вперед" ). При вращении "Назад" имеем обратную ситуацию, в результате чего триггер 22 устойчиво находится в состоянии "Лог, 0", что соответствует направлению вращения "Назад" (фиг. 3, "Назад" ), . На выход устройств в любом случае поступают импульсы с компараторов 13 и 15, соответствующие импульсам катушки 4, частота следования которых пропорциональна частоте вращения ротора 1 {U13, 015, U21; фиг. 3).

Предлагаемое устройство по сравнению с известным определяет не только скорость, но и направление вращения, В устройстве используется только одна проволока Виганда, работающая в симметричном режиме перемагничивания, и две катушки, каждая из которых является не только приемной, но, благодаря выпрямителям и сумматорам, и компенсационной.

Схема СФОН реагирует нэ прохождение каждого магнита и ее работа не зависит от интервала времени между положительными и отрицательными импульсами, взаимное расположение которых определяется направлением вращения, поэтому она пригодна и при использовании двух модулей

Виганда (модуль — проволока с катушками); модули необходимо разнести на некоторое расстояние, на котором не сказывается разброс порогов срабатывания проволок Виганда.

Формула изобретения

Устройство для определения параметров вращения, садер>кащее ротор, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенную коаксиально ей первую приемную катушку, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных Возможностей путем определения направления вращения, в него введены вторая приемная катушка, схема формирования и определения направления вращения, состоящая из первого и второго положительных однополупериодных выпрямителей, первого и второго отрицательных однополупериодных выпрямителей, первого и второго аналоговых сумматоров, первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первого, второго и третьего RS-триггеров, первого и второго элементов 2И, элемента 2ИЛИ,причем первая и вторая приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно центра проволоки

Виганда, постоянные магниты расположены на роторе радиально, каждый из магнитов представляет собой в поперечном сечении квадрат, первая и третья противоположные стороны которого развернуты под углом 26,5" к плоскости вращения ротора, длина стороны квадрата равна длине проволоки Виганда, ось проволоки Виганда перпендикулярна к плоскости вращения ротора, а плоскость вращения вершин углов, образованных первой и четвертой сторонами поперечных сечений каждого из магни40 тов, проходит через середину проволоки

Виганда, второй вывод первой катушки и первый вывод второй катушки соединены с общей точкой схемы формирования и определения направления вращения, первый

45 вывод первой катушки соединен с входом первого положительного однополупериодного выпряMèòåëÿ и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя, второй вывод второй катушки соединен с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя и входом второго положительного однополупериодного выпрямителя, выход первого положительного однополупериодного выпрямителя и выход первого отрицательного однополупериодног0 BblA рямителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора, выход которого соединен с прямым входом первого ".oìïàðýòîðà и инверсным входом

1753425

10 второго компаратора, выход второго отрицательного однополупериодного выпрямителя и выход второго, положительного однополупериодного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым 5 входами второго аналогового сумматора, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратора и прямым входом четвертого компаратора, инверсные входы первого и четвертого компараторов соеди- 10 нены с источником положительного опорного напря>кения, а прямые входы второго и третьего компараторов соединены с источником отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора соединен 15 с S-входом первого RS-триггера, первым входом элемента 2ИЛИ и первым входом первого элемента 2И, выход второго компаратора соединен с S-входом второго RSтриггера и вторым входом второго элемента

2И, выход третьего компаратора соединен с

R-входом первого RS-три гера и вторым входом элемента 2ИЛИ, выход четвертого компаратора соединен с R-входом второго

RS-триггера, инверсный выход первого RSтриггера соединен с первым входом второго элемента 2И, выход которого соединен с

R-входом третьего RS-триггера, инверсный выход второго RS-триггера соединен с вторым входом первого элемента 2И, выход которого соединен с S-входом третьего RSтриггера, выход которого является выходом

"Направление", а выход элемента 2ИЛИ яв ляется выходом устройства, 1753425

М!

i)I, i 11! !1, ) !) )11) 11! I

1 3 ) (!

1 1 )

1 ) 1

1 . Е1 Ей

1 а/г

)Ри 5

Составитель В,Кучеров

Техред M,)/!оргентал

Корректор О,Кравцова

Редактор Н.Химчук

Заказ 2766 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 !3035, !)/!осква, )К-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101