Дискретный датчик угла поворота вала

Союз Советских Социалистических Республики 467386 ОЛ ИСАИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ зитегьное к авт. свид-ву ЛЪ -22) Заявлено 20,04.73 (21) 1915652/18-24(51) М. Кл. С 08 с 9 присоединением заявки Лев осударстеенный комит Совета Министров ССС во делам изобретенийи открытии 3) Приорит Опубликовано 15.04.75, Бюллетень Ле 1 Дата оублпковая описания 19.11,75 УДК 681.34 (088.8) 72) Автор Зоорсте 5 ехов 1) Заявгель(54) ДИСКРЕТНЫЙ ДАТЧИК У ОВОРОТА ВАЛ гроиство относится к системам автоматиого контроля и регулирования.вестны дискретные датчики угла повороала, содержащие электрический конденсавыполненный в виде концентрично распоенных цилиндрического ротора и статора ладками, причем обкладки ротора в этих иках подключены к источникам перемен- напряжений, сдвинутых по фазе на 90, а адки конденсатора статора подключены ходам усилителей, выходы которых соедис преобразователем фазового сдвига в ск Недост тном известных датчиков является трудность пост,кепи высокой точности преобразованн угла ;сворота вала в цифровой код. -та трудность вызывается в известных датчиках тем, что обкладки конденсаторов в них имеют достаточно сложную форму, при которой электрическое поле конденсаторов сильно искажается.Предлагаемый дискретный датчик угла поворота вала отличается тем, что, с целью повышения точности работы устройства, оокладкп ротора и статора выполнены в виде прямых отрезков проводника, а усилители расположены внутри цилиндрического статора.На чертеже представлена схема дискретного датчика угла поворота вала,Он содержит ротор 1, кинематически жестко та в тор, лож с об датч ных обкл ко в пень связанный с конт 1 толируемым объектом (на чертеже не показан), и статор 2, жестко связанный с основанием датчика.На роторе 1 закреплены обкладки 3 - 6 с элекрическими выводами 7 - 10 двух электрических конденсаторов, представляющие собой отрезки прямых тонких проводников. Обкладки этих конденсаторов расположены так, что электрическая ось ноля обкладок 3 и 4 повернута в пространстве на угол 90 по отношению к оси электрического поля обкладок 5 и 6, На статоре 2 жестко закреплены обкладки 11 и 12 с электрическими выводами 13 и 14 еще одного конденсатора. Противоположные обкладки 3 и 4, 5 и 6, 11и 12 конденсаторов имеют осевую симметрию относительно оси 00 контролируемого вала.Внутри статора 2 с целью получения минимальной длины соединительных проводов и минимальной паразитпой емкости расположены в непосредственной близости к обкладкам 11 и 12 предварительные усилители 15 и 16 выходного сигнала датчика. Эти усилители 25 должны иметь минимальную входную емкость(напризер, эта емкость должна быть меньше, чем на порядок по сравнению с емкостьо обкладок 11 и 12), а также большое входное сопротивление, соизмеримое с сопротивленизц ем изоляции. Такие высокие качества усилптелей 15 и 16 можно получить с помощью применения полевых транзисторов.Предложенный датчик угла поворота вала содержит также генератор 17 и преобразователь 18 разового сдвига в код.Ротор 1 датчика имеет возможность поворачиваться вместе с контролируемым валом вокруг оси 00 на угол у.Генератор 17 генерирует два равных по величине напряжения У,=С синусоидальной формы, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 90. Преобразователь 18 преобразует величину фазового сдвига выходного спгнала попых относительно напряжения (г в цифровой код. О, = Увзпег. (1)У 2=Сасовом.Процесс преобразования угла у поворота вала в электрический выходной сигнал датчика (/" . происходит следующим образом.Результирующее электрическое поле между обкладками 3 - 6 получается вращающимся в пространстве с угловои скоростью (в при подаче па эти обкладки напряжений Ь, и /2 от генератора 17.Разность потенциалов в таком по".г :гжду симметрично расположенными точками крепления обкладок 11 и 2 на статоре 2 можно выразить следующей формулой: т 1Л(р = - Уз 1 п (М+г), Т 2(2) где; т 1 - расстояние точек креплепия обкладок11 и 12 от осп 00,т 2 - расстояние точек крепления обкладок3 и 4 от осп 00,г. - фазовый сдвиг;ч=Т+Ьгде: у - угол поворота ротора 1 по отношениюк статору 2;- дополнительный фазовый сдвиг, вызываемый нелинейцостью линий поля электрической напряженности конденсаторов.При этом весьма важно, что функциональная зависимость этого дополнительного фазового сдвига от угла поворота ротора (у) строго определяется конкретным конструктивнымисполнением датчика, что позволяет этот фа.зовый сдвигполностью скомпенсировать.В случае большого входного импеданса усилителей 15 и 16 разность напряжений ца вхо дах этих усилителей близка по величине приведенной выше разности потенциалов Лр между точками расположения обкладок 11 и 12.Принимая коэффициенты усиления по напряжению усилителей 15 и 16, например, равны ми единице, можно написать следующее выражение для выходной разности потенциаловУ. этих усилителей: т,Ц,ы,.=Л(= - Ь з 1 п(ь+ф). (4)Т 2(5) т =Ф с (у) 5 Измерение фазового сдвигаи введениестрого определенной поправки (у) выполняется с высокой точностью, например, с помощью преобразователя 18 фазового сдвига в цифру с элементами, вносящими поправку (у) в результат преобразования. Предмет изобретения Дискретный датчик угла поворота вала, со держащий конденсатор, выполненный в видеконцентрично расположенных цилиндрических ротора и статора с обкладками, причем обкладки ротора подключены к источникам переменных напряжений, сдвинутых по фазе ца 4 ц 90, а обкладки статора подключены ко входам усилителей, выходы которых соединены с преобразователем фазового сдвига в код, отгичаюиийся тем, что, с целью повышения точности датчика в работе, обкладки ротора и статора выполнены в виде прямых отрезков проводника, а усилители расположены внутри цилиндрического статора. Сравнивая выражения (4) и (2) с выражением 1 для напряжения /ь видим, что утол у поворота вала можно определить измерением фазового сдвига между напряжениями У, и 2 о ув.2 и вычитанием из результата измеренияфазового сдвига ф определенной поправки с(у), т, е.467386 ставитель В, Рыгалихред М. Семенов едактор Е. Семанова рректор А, Степанова Заказ 4258Ц 111111 П Р одпнсно в С ь тип, К мского управления издательств, полиграфии и книжной торговли Изд, М 1416осуди рствснного комитетапо делам изобретений иМосква, Ж, Раушскаи Тираж 679овета Мигиоткрытийаб д. 4/5