Высокочастотный датчик угловых перемещений

О П И С А Н И Е 374648ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Ссветскик Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ Зависимое от авт. свидетельства аявлено 12.1.1970 ( 13 42/18-24) 8 с 9/О присоединением заявк ПриоритетОпубликовано 20,111.1973. Бюллетень15 Комитет по делам обретений и открытий,17.,1973 Дата опубликования описа 1 вторызобретени А. Г. Сметанин олован аявител ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ДАТЧ ГДОВЪХ ПЕРЕЛ 1 ЕЩЕНИ атчики сбмотки до ую редукнапример, 25 Изобретение относится к высокочастотнымдатчикам угловых перемещений индукционного типа, применяемым в измерительной технике для преобразования углового положениячувствительного элемента (стрелки компаса,отвеса и др.) в электрический сигнал.1 одооные датчики находят применение вчастности, в современных электронных инклинометрах, используемых для исследованиятраектории скважин при бурении.10Известны высокочастотные датчики, выполненные в виде двух(разных поворотных транстрорматоров в режиме разовращателей. Статор этих датчиков имеет двухразную рамочную и однофазную кольцевую обмотки. Роторимеет рамочную измерительную обмотку икольцевую оомотку, лежащую в одной плоскости с кольцевой оомоткой статора. Кольцевые обмотки ротора и статора ооразуют воздушный трансформатор и обеспечивают бесконтактность датчика.Известны также аналогичные дчислом пар полюсов двухфазной о6 - 8, обеспечивающие электрическцию измеряемого угла, что выгодно,для датчиков угла наклона.Предлагаемый датчик отличается от известных упрощенной конструкцией, повышеннымкоэффициентом передачи по напряжению ипов 1 пенной точностью выдачи угла поворота. ЗО Сущность изооретения заключается в размещении витков двухфазной обмотки рамочного типа вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки,редлагается также вариант разнесения двухфазной обмотки на поверхности статора вдоль оси датчика, что облегчает намотку, ооеспечивает геометрическую идентичность оомоток обеих фаз и повышает точность датчика.На фиг, 1 в виде разверток поясняется принцип намотки статора и построения ротора; на развертке фиг. 2 показано размещение обмоток датчика при разнесении двухфазной обмотки на статоре; на фиг, 3 приведены кривые изменения выходного напряжения У датчика, а также взаимоиндукции Л 1 между каждой из фаз двухфазной оомотки и однофазной оомотки в функции угла поворота ротора датчика.Датчик включает в себя (см. фиг. 1 и фиг,2) цилиндрический статор 1, выполненный из диэлектрического материала, и цилиндрический ротор 2, в частном случае также выполненный из диэлектрического материала. По. верхность ротора образована секторами 3 полого цилиндра из ферромагнитного материала и секторами 4 из немагнитного токо- проводящего материала (металла), образующими полюса ротора,На статоре 1 размещены рамочные обмотки 5 и 5 обеих фаз, образующие полюса статора, и кольцевая однофазная обмотка Ь, примыкающая к лобовым частям обмоток 5 и 5.Представленный датчик выполнен без электрической редукции измеряемого угла (число пар полюсов равно 1).При построении датчика с числом пар полюсов, равным 2 и более, развертка статора и ротора состоит из увеличенного числа частей, представленных на фиг. 1 и фиг. 2. Соответственно во столько же раз сокращаются угловые (тангенциальные) размеры рамок статора и секторов ротора.Работает датчик следующим образом.Вследствие того, что однофазная обмотка 6 размещена в непосредственной близости от лобовых частей рамок двухфазных обмоток 5, 5, лобовые части являются рабочими и засчет них обеспечивается индуктивная связь участков двухфазных и однофазных обмоток.Так как каждая из двухфазных обмоток 5, 5 содержит четное число одинаковых рамок, включенных попарно встречно, связь между любой из двухфазных обмоток в целом и однофгзной обмоткой при извлеченном роторе отсутствует. Секторы ротора д, 4, число которых равно числу рамок двухфазной обмотки статора, выполнены через один из ферромагнитного материала, например, листового пермаллоя и токопроводящего немагнитного материала, например, листового алюминия, меди и т. п,;-.-. мМПри введении ротора 2 в статор 1 сектора д и 4 оказывают противоположное влияние на величину индуктивной связи между лежащими непосредственно над секторами участками обмоток 5, 5 и б. Ферромагнитные сектора 3 увеличивают потокосцепление участков двухфазных однофазных обмоток, а токопроводящие немагнитные сектора 4, за счет вихревого эффекта, уменьшают его,Из-за указанного влияния секторов ротора при повороте его индуктивная связь между обмоткой Ь и, например, обмоткой 5 меняется и максимальна при расположении секторов ротора точно под рамками обмотки 5. 11 ри использовании, например, однофазной обмотки 6 в качестве входной обмотки питания датчика в двухфазных обмотках 5, 5 индуцируются напряжения, изменяющиеся при вращении ро 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 тора по закону треугольника с линейным участком -+90, как это показано на фиг, 3 (кривые 7, 7). Изменение напряжений является следствием изменения взаимоиндукции М между обмотками. Сдвиг напряжений 7, 7 на 90 объясняется соответствующим пространственным смещением обмоток 5, 5 и позволяет устранить неоднозначность в положении ротора при его вращении в пределах полной шкалы измерений углов (О - Зб 0 для датчика без электрической редукции). В общем случае число периодов изменения напряжений 7 и 7 при полном обороте ротора равно числу пар полюсов статора.Принцип построения датчика позволяет получить и синусоидальный характер изменения взаимоиндукции обмоток 5 и 5 и б при вращении ротора, как это показано на фиг. 3 (кривые 8 и о).Зто ооеспечивается, как и в известных датчиках, синусоидальным законом распределения площади витков рамок, т, е. секционированием последних, либо соответствующим выбором тангенциальных размеров секторов ротора, Благодаря этому имеется возможность использования датчика в виде синус-косинус- ного поворотного трансформатора и фазовращателя. Во всех случаях возможно как двухфазное, так и однофазное включение датчика.Предлагаемый датчик может быть выполнен в полностью немагнитном исполнении, что достигается исключением ферромагнитных секторов и, как следствие, приводит к уменьшению коэффициента передачи датчика по напряжению,11 редмет изобретенияВысокочастотный датчик угловых перемещений, содержащий диэлектрический статор с размещенными на нем двухфазной обмоткой рамочного типа и однофазной обмоткой (кольцевой), бескоптакгный ротор, выполненный в виде пар ферромагнитных и немагнитных металлических секторов цилиндра по числу пар полюсов статора, отличающиися тем, что, с целью повышения точности и надежности работы устройства, в нем витки двухфазной обмотки рамочного типа расположены вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.3746485 бЫЕДСоставитель Г. Антонова дактор г 1. Данилович Техред Л. Грачева Корректор Т. Прокуратова Заказ 1143/15 Изд,367 Тираж 602 Подписно ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР Москва, %-35, Рауьпская наб., д. 4/5ипография, пр. Сапунов