Индуктивный фазовый датчик линейных перемещений

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельства М -Заявлено ОЗ.И,1971 ( 1666952/25-28 М. Кл. 6 08 с 904 й 01 Ь 14с присоединением заявкПриоритетОпубликовано 13,Х 11,197Дата опубликования оп Комитет по делам зобретений и открытий при Совете Министров СССРБюллетень2за 193сания 8.11,1973 УДК 621.3.083.6(088.8) Авторыизобретения Ю. Криштул, В. Н, Ефимов, Ю, В. Клейменое,Г. Н. Егоров и И. А. Денисов икитин,3 аявител периментальный научно-исследовательский институт металлорежущих станков НДУКТИВНЫЙ ФАЗОВЫЙ ДАТЧИК ЛИНЕЙНЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙИзобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано в устройствах для автоматизированного контроля перемещений, например, в измерительных машинах, в частности для контроля резьбы, и металлорежущих станках.Известен индуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух винтовых полудатчиков и статор в виде прецизионной зубчатой шкалы - рейки. На полудатчиках имеется разная винтовая нарезка (левая и правая) и кольцевые пазы в средней части, в которых расположены индуктивные катушки,В известном датчике при вращении ротора в момент вхождения в зону взаимодействия со шкалой начала и конца ниток резьбы сильно искажается картина магнитного поля у торцов каждого из полудатчиков, и возникает соответствующая переменная составляющая сигнала, которая не изменяет фазу при перемещении шкалы, так как она не связана со взаимодействием витка полудатчика и зубца шкалы. Это приводит к значительной нелинейности изменения фазы в функции перемещения, т. е. к снижению точности известного устройства.Кроме того, в известном датчике индуктивные катушки расположены в кольцевых пазах полудатчиков, При этом магнитный поток замыкается в плоскости, параллельнои контролируемому перемещению, а, следовательно, при расположении кольцевого паза одного из полудатчиков цал стыком шкал магнитный 5 поток пронизывает стык. В этом случае будетменяться форма выходного сигнала и, соответственно, возникает дополнительная фазовая погрешность.В известном датчике также отсутствует 10 дифференциальная схема формирования выходного сигнала, что приводит к пониженной помехозащищецности датчика, так как внешние наводки в катушках будут суммироваться с выходным сигналом.15 Предложенный датчик отличается от известного тем, что в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность, винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на полови ну шага нарезки, а катушки расположены взоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.25 На фиг. 1 показан предложенный датчик;на фиг. 2 - график выходных сигналов датчиков.Датчик содержит ротор 1, приводимый в непрерывное вращение электродвигателем 2, и ЗО статор 3 в виде прецизионной зубчатой шка45 50 55 60 лц-рейки, установленной с зазором по отношению к ротору.Ротор .1 выполнен в виде двух винтовых полудятчиков 4 и 5, винтовая нарезка которых направлена в одну сторону и смещена на половину шага в одном полудатчике отцоситель о другого.Каждый полудатчик снабжен намагничивающимп обмотками б и измерительными обмотками 7, которые охватывают цилиндрическую часть полудатчика в зоне его взаимодействия со шкалой.При таком расположении обмоток основная часть магнитного потока будет направлена перпендикулярно направлению перемещения, т. е. параллельно стыку шкал, а поэтому при наличии стыка под одним из винтовых полу- датчиков практически не будет изменяться магнитная проводимость: датчик нечувствителен к стыку шкал,На одной оси с винтовыми полудатчиками установлен ротор 8 дополнительного датчика опорного сигнала, число зубцов на котором равно числу заходов винта на полудатчиках 4 и 5, Статор 9 этого датчика с намагничивающимц обмотками 10 и вторичными обмотками 11 установлен в общем корпусе. На той же оси установлен ротор 12 дополнительного тактирующего датчика, имеющего многократно большее число зубцов, чем ротор 8. Статор 18 этого датчика с первичными обмотками 14 и вторичными обмотками 15 установлен также в общем корпусе.Образующая наружной цилиндрической поверхности винтовых полудатчиков 4 и 5 выполнена криволинейной с увеличением зазора между полудатчиками и шкалой в зоне торцов. Такая форма образующей винтовых полу- датчиков обеспечивает концентрацию магнитного потока в центральной зоне винтового полудатчика.Датчик работает следующим образом.При непрерывном вращении электродвигателем 2 полудатчиков 4 и 5 периодически изменяется воздушный зазор между зубчатой шкалой-рейкой 8 и винтовой нарезкой полу- датчиков 4 и 5, что вызывает соответствующую модуляцию магнитных потоков Ф, создаваемых обмотками б, и приводит к возникновению переменных э.д.с. в измерительных обмотках - Е. Аналогичным образом в результате периодического изменения зазора между зубцами роторов 8 и 12 при их непрерывном вращении и зубцами соответствующих статоров 9 ц 18 в обмотках 11 и 15 возникают ПЕРЕМЕННЫЕ Э.д.С. Еоо И Етаьт. СИСТЕМя ВЫ- кодных сигналов датчика (см. фиг, 2) содер- ЖИТ ОСИОВПОЙ СИГНял Еосц (На ВЫХОДЕ ОбМО- ток 7), опорный сигнал Еоп (на выходе обмоток 1) и тактирующий сигнал Е (на выходе обмоток 15). 5 10 15 20 25 30 35 40 Основной сигнал образуется в результате взаимодействия витков полудатчиков и зубцов шкалы, поэтому при смещении шкалы измерительный сигнал будет смещаться по фазе, а так как положение статоров опорного и тактирующего при смещении шкалы не меняется, то, соответственно, опорный и тактирующий сигналы не смещаются по фазе.Таким образом, при перемещении шкалы из одного положения в другое основной сигнал смещается по фазе на величину Ь 1 р, т. е. займет положение ЕВеличина фазового сдвига основного сигнала относительно опорного однозначно может быть определена числом Ж полупериодов тактирующего сигнала, так как период тактирующего сигнала Ттаъ. выбирается многократно меньше, чем период ос- НОВНОГО СИГНЯЛЯ Тоск.Смещение винтовой нарезки одного полу- датчика по отношению к винтовой нарезке второго полудатчика ца половину приводит к тому, что в выходной обмотке одного полу- датчика наводится сигнал, смещенный по фазе на 180 по отношению к выходному сигналу в обмотке второго полудатчика, т. е, оба сигнала находятся в противофазе. Поэтому для образования основного сигнала датчика выходные обмотки полудатчиков включены встречно (дифференциальная схема включения).Так как внешние помехи, в частности, от электродвигателя датчика, а также наводки, вызванные, например, биением ротора, будут сипфазны для выходных катушек обоих полу- датчиков, то при встречном включении этих обмоток указанные помехи и наводки полностью исключаются, Кроме того, при дифференциальной схеме в первичных обмотках происходит компенсация э.д.с. самоиндукции, и датчик работает при постоянной намагничивающей силе. Это создает условия для получения сицусоидального выходного сигнала с малыми гармоническими искажениями. Предмет изобретенияИндуктивный фазовый датчик линейных перемещений, содержащий ротор, выполненный в виде двух полудатчиков с винтовой нарезкой, статор в виде прецизионной зубчатой шкалы-рейки, и намагничивающие и измерительные обмотки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности датчика, в зоне торцов полудатчики имеют криволинейную боковую поверхность, винтовые нарезки полудатчиков выполнены одного направления со смещением на половицу шага, а катушки расположены в зоне зазора между статором и ротором так, что их оси перпендикулярны к рабочей поверхности шкалы, а потоки направлены перпендикулярно к направлению измерения.Заказ 233/3 Изд,ЦНИИПИ Комитета по делаь Моск003 Тираж 404зобретений и открытий при СоЖ, Раушская наб., д. 45 Типография, пр. Сапунова 1514 а И оставцтель И. Кесояхред Т. Миронова Подписное Министров СССР