Устройство для цифровой индикации линейного перемещения

 

Использование: в измерительной технике. Сущность изобретения: устройство содержит постоянный магнит, связываемый с исследуемым объектом, блок индикации, включающий индикаторные лампы младшего и старшего разрядов и магниточувствительные элементы, размещенные с определенным шагом в направлении линейного перемещения постоянного магнита и выполненные в виде элементов со смещенной частной петлей гистерезиса и охватывающих их измерительных обмоток. Постоянный магнит закреплен перпендикулярно к оси вращения объекта, которая может быть параллельной или перпендикулярной направлению его линейного перемещения. 3 ил.

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах, в частности для индикации движения полых цилиндрических объектов, индикации расхода и уровня воды и т.д.

Известен преобразователь угловой скорости [1] который содержит ротор с постоянными магнитами с чередующейся полярностью и расположенную напротив ротора двухсекционную катушку, в одной из дифференциально соединенных секций которой расположена проволока Виганда. Это устройство вырабатывает при отсутствии источника питания импульсы одинаковой величины, частота следования которых пропорциональна частоте вращения ротора. Однако оно не позволяет одновременно измерять линейное перемещение вращающегося объекта и производить индикацию движения объекта.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для цифровой индикации линейных перемещений [2] содержащее постоянный магнит, связываемый с объектом перемещения; блок индикации, имеющий индикаторные лампы младшего и старшего разрядов, соединенные с одним из полюсов источника питания; герконы с замыкающими контактами, размещенные с определенным шагом по пути перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по десять посредством соединения их односторонних выводов между собой и с соответствующей по номеру индикаторной лампой старшего разряда; герконы с переключающими контактами, расположенные попарно в одной перпендикулярной движению магнита плоскости с герконами с замыкающими контактами, соединенные с их свободными выводами и с соответствующей по номеру индикаторной лампой младшего разряда своими нормально разомкнутыми контактами, а своими нормально замкнутыми контактами включенные последовательно и соединенные с другим полюсом источника питания.

Недостатками этого устройства являются невозможность измерения и индикации одновременно вместе с линейным перемещением угловой скорости вращения объекта из-за конструктивных особенностей; низкая надежность из-за наличия в устройстве многочисленных контактных систем (герконов); необходимость наличия в блоке индикации источника питания для индикаторных ламп из-за конструктивных особенностей.

Целью изобретения являются расширение функциональных возможностей устройства, повышение надежности и исключение энергопотребления.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем постоянный магнит, связанный с исследуемым объектом, блок индикации, включающий индикаторы младшего и старшего разрядов, одни из выводов которых соединены между собой, магниточувствительные элементы, размещенные с определенным шагом в направлении линейного перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по десять, постоянный магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, параллельной или перпендикулярной направлению его линейного перемещения, а магниточувствительные элементы выполнены в виде одинаковых элементов со смещенной частной петлей гистерезиса и охватывающих их измерительных обмоток, причем оси этих элементов расположены перпендикулярно плоскости линейного перемещения магнита с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита, одни выводы измерительных обмоток в каждой группе соединены с соответствующими по номеру индикаторами младшего разряда, а другие выводы обмоток в каждой группе соединены между собой и соответствующими по номеру индикаторами старшего разряда, а в качестве индикаторов младшего разряда используют светодиоды или лампы с диодами.

Благодаря тому, что наряду с линейным перемещением вдоль пути распределения магнитоимпульсных элементов происходит вращение постоянного магнита, связанного с исследуемым объектом перпендикулярно оси его вращения, в предлагаемом устройстве выходной сигнал периодически изменяется с частотой, пропорциональной угловой скорости вращения объекта, что расширяет функциональные возможности устройства. Благодаря использованию в качестве магниточувствительных элементов со смещенной частной петлей гистерезиса (элементов СЧПГ), расположенных с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них магнита, а также охватывающих эти элементы измерительных обмоток, соединенных по предложенной схеме с блоком индикации, данное устройство позволяет исключить из схемы контактные системы, а также позволяет генерировать в измерительных обмотках электрические импульсы с малой длительностью (менее 20 мкс) и большой амплитудой (от 2 мВ до 20 В) при отсутствии блока питания, что способствует повышению надежности устройства и исключению энергопотребления.

На фиг.1 схематически изображена конструкция устройства индикации линейного перемещения без блока индикации; на фиг.2 смещенная частная петля гистерезиса элемента СЧПГ; на фиг.3 измерительная схема устройства, включающая измерительные обмотки и блок индикации.

Устройство содержит постоянный магнит 1 (см. фиг.1), закрепленный перпендикулярно к оси вращения исследуемого объекта (на чертеже не показан), которая может быть как параллельной, так и перпендикулярной направлению линейного перемещения (на фиг.1 показаны оба случая). Одинаковые элементы со смещенной частной петлей гистерезиса 2 размещены в направлении линейного перемещения объекта осями перпендикулярно плоскости этого перемещения с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита 1 и подобранным в соответствии с параметрами магнита 1 расстоянием до него и параметрами срабатывания элемента СЧПГ 2. Блок индикации включает индикаторные лампы 6 старшего разряда (ИЛСР), одни из выводов которых соединены между собой, индикаторные лампы 5 младшего разряда (ИЛМР) с диодами 4, причем вместо ИЛМР и диодов могут использоваться светодиоды.

Элементы СЧПГ 2 пронумерованы латинскими цифрами в направлении линейного перемещения объекта в порядке возрастания и объединены в группы по десять (на фиг.1 показана неполная группа из шести элементов).

Одни из выводов измерительных обмоток 3, соответствующих определенной группе элементов 2, соединены между собой в общую точку (на фиг.1 участок В-В), выведенную к соответствующей по номеру ИЛСР 6, а другие выводы обмоток 3 в каждой группе соединены через диоды 4 с соответствующими по номеру ИЛМР 5.

Все известные элементы СЧПГ 2 характеризуются прямоугольной частной петлей гистерезиса (см. фиг. 2, где по осям обозначено H_e внешнее магнитное поле, Ф суммарный магнитный поток элемента СЧПГ 2, которая соответствует перемагничиванию магнитомягкой части образца и смещена частично (как показано на фиг.2) или полностью в 1-й квадрант за счет действия размагничивающего поля элемента 2.

Устройство работает следующим образом.

При расположении постоянного магнита 1 параллельно с элементом СЧПГ 2 сбоку или на одной оси с ним элемент СЧПГ 2 под воздействием продольных силовых линий постоянного магнита 1 устанавливается в магнитное состояние насыщения, соответствующее точке "установки" Н_уст. петли гистерезиса (фиг.2), при котором направление намагниченности магнитомягкой и магнитожесткой областей элемента 2 совпадают.

При повороте постоянного магнита 1 вокруг оси вращения и уменьшении воздействующего на элемент СЧПГ 2 в продольном направлении магнитного поля до определенной величины Н_сброс. магнитожесткая область элемента остается намагниченной полем коэрцитивной силы, а магнитомягкая область перемагничивается одним скачком Баркгаузена под воздействием размагничивающего поля в обратном направлении. Происходит переключение элемента 2 из состояния магнитного насыщения в состояние сброса. При этом в соответствующей измерительной обмотке 3 индуцируется четкий импульс, не требующий усиления. За каждый оборот постоянного магнита 1 индуцируются два разнополярных импульса ЭДС, частота следования которых пропорциональна угловой скорости вращения магнита 1. В случае соответствия полярности диода 4 импульсы разности потенциалов, созданных на выводах измерительной обмотки 3, оказываются приложенными к выводам соответствующих индикаторных ламп младшего и старшего разрядов (см.фиг.3). В результате чего происходит их мигание с частотой, равной угловой скорости вращения исследуемого объекта.

При линейном перемещении постоянного магнита 1 вдоль диапазона сбоку или над элементами СЧПГ 2 наряду с его вращением вокруг оси в зону действия магнита 1 поочередно входит последующий и выходит предыдущий соседние элементы СЧПГ 2. При этом ИЛМР мигают поочередно от первой до десятой, в зависимости от положения магнита 1 от предыдущей к следующей группе элементов 2 начинает мигать соответствующая ИЛСР 6.

Таким образом, данная конструкция позволяет осуществлять одновременно индикацию линейного перемещения и угловой скорости вращения объекта без энергопотребления за счет отсутствия источника питания и использования элементов СЧПГ. Также достигается повышение надежности за счет отсутствия герконов.

Формула изобретения

Устройство для цифровой индикации линейного перемещения, содержащее перемещаемый постоянный магнит, блок индикации, включающий в себя индикаторы младшего и старшего разрядов, одни из выводов которых соединены между собой, магниточувствительные элементы, размещенные с определенным шагом в направлении линейного перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по девять, отличающееся тем, что постоянный магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, параллельной или перпендикулярной направлению его линейного перемещения, а магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов со смещенной частной петлей гистерезиса и охватывающих их измерительных обмоток, оси этих элементов расположены перпендикулярно плоскости линейного перемещения магнита с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита, одни выводы измерительных обмоток в каждой группе соединены с соответствующими по номеру индикаторами младшего разряда, а другие выводы обмоток в каждой группе соединены между собой и соответствующими по номеру индикаторами старшего разряда, а в качестве индикаторов младшего разряда использованы светодиоды или лампы с диодами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3