Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1У БЛИК!

Г СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ЕДОУСТВО СССР (ОСПАТЕНТ СССР) фпИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (s»s G 01 В 7/30

1) 4912.623/28

2) 20.02.91

6) 30.08,93. Бюл. 3Ф 32

1) Самарский авиационный институт им. ад. С.П.Королева

2) Ю.С.Дмитриев и В.Н.Буров

6) Авторское свидетельство СССР

1665224, кл. G 01 В 7/30, 1989, Авторское свидетельство СССР

1784837, кл. G 01 В 7/30, 1990.

4) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПРЕОБРАЗОАТЕЛЬ УГЛОВЪ|Х ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

7) Изобретение относится к иэмерительой технике и имеет целью увеличение диаазона преобразования двухкоординатного реобраэователя угловых перемещений за ет осуществления коррекции погрешнои от нелинейности характеристики преобазования на краях измеряемого диапазона

IloBblx перемещений. Преобразователь соИзобретение относится к электроиэмеительной технике и автоматике и может

ыть использовано в системах управления еремещением подвижных объектов таких, ак машины, тракторы, суда, летательные ппараты.

Цель изобретения — увеличение диапаона преобразования угловых перемещеий за счет коррекции погрешности от елинейности выходного сигнала преобраователя на краях характеристики преобразования.

В конструкции преобразователя исользуется экран, состоящий из двух устаовленных параллельно и механически не связанных пластин разных размеров, кото„„.5Ы „, 1837154 А1 держит установленный с возможностью перемещений электропроводящий экран, верхняя пластина которого имеет меньший диаметр, чем его нижняя пластина. Четыре катушки индуктивности токовихревого датчика положения экрана расположены в одной плоскости между пластинами экрана. В верхней пластине экрана установлена на резьбе подвижная регулировочная шайба с центральным отверстием в ней, через которое с зазором проходит стержень связи с управляющим объектом. Зазор между отверстием в верхней пластине экрана и этим стержнем меньше, чем зазор между ним и отверстием в регулировочной шайбе. Благодаря этому сначала перемещается верхняя пластина экрана под действием управляющего стержня, а в конце диапазона перемещения обеспечивается дополнительное перемещение его нижней пластины. 2 ил. рые перемещаются по произвольным направляюшим, расположенным в их плоскостях, под действием упругого стержня. 3а счет выбора положения регулировочной шайбы перемещение пластины меньшего диаметра начинается в конце измеряемого

"диапазона угловых перемещений упругого стержня связи. Выбором размеров первой верхней пластины достигается обеспечение влияния этой пластины только на одну иэ двух связанных между собой катушек индуктивности, что и обеспечивает коррекцию погрешности нелинейности.

На фиг. 1 показан двухкоординатный преобразователь угловых перемещений; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1.

1837154

Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений содержит диэлектрический корпус 1, имеющий центральную часть, крышку и основание, которые могутизготавливаться из любого материала, Упругий стержень 2 связи с управляющим. обьектом закреплен консольно в основании корпуса

1 и выполнен в виде цилиндрической пружины с наконечником. Злектропроводящий неферромагнитный экран 3, состоит из верхней пластины 4, которая имеет форму плоского кольца со скосами 5, выполненных по внешним образующим в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях, и нижней пластины 6 в аиде кольца со скосами 7 (фиг.

2), выполненных аналогично скосам 5 пластины 4 и идентично им ориентированных с помощью пластинчатых пружин 8. Пружины

8 установлены в пазах 9 каркаса 1 между корпусом 1 и торцем пластины 4, в неусеченных частях которой сделаны соответствующие установочные пазы для вершин пружин

8, и пластинчатых пружин 10, установленных в пазах 11 каркаса 1 между каркасом 1 и торцем пластины 6, в неусеченных частях которой сделаны соответствующие установочные пазы для вершин пружин 10. Пластины 4 и 6 экрана 3 установлены с зазором 12, в котором расположена центральная часть диэлектрического каркаса 1 с закрепленными в ней двумя катушек 13, 14 и 15, 16 индуктивности, Расстояние между осями дифференциально включенных катушек 13 и

14, а также 15 и 18 индуктивности равны расстоянию между скосами 5 пластины 4, над которой установлены эти катушки индуктивности. Для обеспечения постоянства зазора 12 между пластинами 4 и 6 экрана 3 установлены цилиндрическая пружина 17— между основанием каркаса 1 и пластиной 6 экрана и цилиндрическая пружина 18- между крышкой каркаса 1 и пластиной 4, гоосные стержню 2. Для обеспечения зоны нечувствительности преобразователя к на. чальным угловым перемещениям стержня 2 в пластине 4 выполнено центральное отверстие f9 а в пластине 6 — отверстие 20, диаметры которых больше диаметра стержня 2. . Для регулировки зоны нечувствительности верхней пластины 4 в его центральном отверстии 19 выполнена резьба, на которой установлена подвижная регулировочная шайба 21 с центральным отверстием 22, диаметр которого больше диаметра стержня 2.

Для обеспечения коррекции нелинейности выходного сигнала преобразователя диаметр кольца пластины 4 выполнен меньше диаметра кольца пластины 6 на величину не меньше, чем диаметр катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности, что обеспечивает влияние пластины 4 при ее перемещении только на одну из двух катушек 13, 14 или 15, 16 индуктивности, соединенных в пары. Выводы каждой пары катушек 13, 14 и 15, 16 индуктивности соединены с соответствующими входами блока 23 электроники, Преобразователь работает следующим образом.

В исходном состоянии стержень 2 связи

"0 с управляющим-обьектом за счет своей жесткости занимает положение перпендикулярное пластинам 4 и 6 экрана 3, а пластины

4 и 6 за счет пружин 8 и 10 соответственно занимают положения, когда оси центральных отверстий 19 и 20 в этих пластинах совпадают.с осью стержня 2. Пружины 17 и

18 обеспечивают постоянство зазора 12 между пластинами 4 и 6, обеспечивая постоянство сигналов с катушек 13-16 индук20 тивности. Скосы 5 нижней пластины 6 располагаются под центрами катушек 13-16 индуктивности, что обеспечивает перекрытие пластиной 6 половин поверхности катушек 13-16. Пластина 4 ориентирована

25 скосами 7 идентично пластине 6 и за счет того, что имеет размер между скосами меньше, чем у пластины 6, на величину диаметра катушек индуктивности 13-16, в исходном состоянии не перекрывает поверхность ка30 тушек 13-16, При питании катушек 13-16 от блока 23 электроники переменным напряжением в нижней пластине 6 экрана 3 наводятся вихревые токи, которые создают магнитное по35 ле, параметры которого определяются положением пластины 6 относительно катушек 13-16 индуктивности. Магнитное поле вихревых токов воздействует на катушки

13-16 индуктивности, вызывая уменьшение

40 величины первоначального напряжения на величину вносимого экраном 3 напряжения.

Поскольку катушки 13-16 индуктивности идентичны, то со средних точек пар катушек

13, 14 и 15, 16 индуктивности будет снимать45 ся нулевой сигнал. Под действием вибрации машины, на которой установлен преобразователь, возможны угловые перемещения стержня 2 относительно исходного. Диаметр отверстия 19 пластины 4, диаметр от50 верстия 22 шайбы 21, ввернутой в отверстие 19 пластины 4, выбраны таким образом, что случайные перемещения стержня 2 не приводят к перемещениям пластин 4, 6 экрана 3.

55 При управляюшем воздействии обьекта управления на стержень 2 происходит перемещение пластины 6 под действием угловых перемещений стержня 2, при этом площадь перекрытия одной из соединенных в пары катушек 13, 14 и (или) 15, 16 индуктивности

1837154 удет увеличиваться, а другой — уменьшатья. Причем изменения площадей будут проорциональны. Таким образом, на одной атушке индуктивности, где площадь перерытия увеличивается, выходной сигнал бует уменьшаться, а на другой величиваться, Тогда суммарные сигналы, нимаемые со средних точек пар катушек

3, 14, 15, 16 индуктивности, будут отличны т нуля. Эти сигналы поступают в блок 23 лектроники, где после усиления детектироэния преобразуются в постоянные напряения U и Up, которые являются

ыходными сигналами блока 23 электрониПоскольку выходные сигналы с каждой атушки 13-16 индуктивности изменяются елин ейно от изменения площади ерекрытия их электропроводящим экраом 3, то суммарный сигнал каждой пары атушек 13, 14 и 15, 16 будет иметь допустиую погрешность нелинейности только при пределенных(небольших) угловых перемеениях стержня 2, причем на краях диапаона угловых перемещений стержня 2 огрешность нелинейности резко возрастат. Для исключения этого эффекта вводится оррекция погрешности нелинейности эа чет дополнительного влияния на катушки

° °

13, 14, 15, 16 индуктивности верхней платины 4 экрана 3 в конце диапазона угловых еремещений стержня 2. Для этого перемеением по резьбе в центральном отверстии.

9 пластины 4 регулировочной шайбы 21 обиваются такого положения шайбы 21, огда взаимодействием стержня 2 с шайбой

1 наступает в момент равенства погрешноти нелинейности ее допустимому уровню. ри этом пропорциональность изменения лощадей катушек 13-16 экраном 3 наруится, т.е. в конце диапазона величина приоста площади перекрытия одной из атушек индуктивности становится больше, ем величина уменьшения площади перерытия другой катушки индуктивности в эждой паре катушек 13, 14 и 15, 16. Это риводит к тому, что величины изменения игналов нэ каждой из катушек индуктианоти вновь становятся близкими друг к другу, .е. осуществляется коррекция линейности уммарного сигнала.

Предлагаемый преобразователь позвояет расширить диапазон линейности выодных сигналов или обеспечить еобходимый уровень погрешности нелиейности в заданном диапазоне угловых пеемещений управляющего стержня за счет кспериментэльного подбора положения егулировочной шайбы. Одновременно реобразовэтель обладает такими преимуществами, как высокая надежность, за счет бесконтактного формирования сигналов, использования зон нечувствительности к начальным угловым перемещениям управляющего стержня, э, кроме того, высокой точностью преобразования из-за отсутствия взаимного влияния каналов формирования выходных сигналов друг на друга при угловых перемещениях стержня за счет ипользования скосов на пластинах, длины которых выбираются не меньше, чем диапазоны перемещений пластин по координатам под действием управляющего стержня.

Эти преимущества позволяют его использовать в качестве элемента управления подвижных объектов.

15 дифференциально и подключены к соответствующему входу блока электроники, установленную между основанием корпуса и одной из кольцевых пластин экрана регулировочную шайбу, а также размещенные,в пазах корпуса и упирающиеся в торцовые поверхности этой же пластины экрана пла50 стинчатые пружины, отличающийся тем, 55 что, с целью расширения диапазона преобразования за счет коррекции погрешности от нелинейности на краях характеристики преобразования, он снабжен дополнительными цилиндрическими пружинами для подпружиниаания одной из пластин экрана

Формула изобретения

Двухкоординэтный преобразователь уг20 ловых перемещений, содержащий диэлектрический корпус, закрепленный консольно в его основании упругий стержень связи преобразователя с управляющим объектом, подпружинивающую его цилиндрическую

25 пружину, ось которой совпадает с осью стержня, взаимодействующий со стержнем электропроводный неферромагнитный эк-. ран, размещенный соосно со стержнем и состоящий из двух пластин, которые име30 ют форму плоских колец, скошенных по внешним образующим в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях, расположенных в параллельных плоскостях с воздушным зазором между ними и

35 установленных перпендикулярно оси упругого стержня связи, чувствительный к перемещениям экрана вихретокоаый измеритель зазоров, включающий блок электроники и четыре идентичные катушки

40 индуктивности, установленные в диэлектрическом корпусе в общей плоскости, параллельной плоским кольцам экрана, и под углом 90 одна к другой симметрично относительно оси упругого стержня связи, при45 чем размещенные одна напротив другой катушки индуктианости соединены попарно

1837154 и катушек индуктивности, эти пружины установлены в зазоре между пластинами экрана. первая пластина экрана выполнена диаметром, меньшим диаметра второй пластины на величину не менее диаметра одной катушки индуктивности, регулировочная шайба закреплена на первой подпружиненной пластине экрана, а зазор между стенками центрального отверстия в этой шайбе и упругим стержнем связи превышает зазор

6 между этим стержнем и стенками отверстия во второй пластине экрана.

1837154

A-4

5 75 осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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