Индукционный датчик угла

ОПИСАНИЕ 777505 Союз Советских Социалистических Ресл;:бликИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1) Дополнительное авт, свид-ву(43) Опубликовано 07.11,80. Бюллет 53 У 31,781 088,8) ло делам изобретений и открытий(71) Заявител сесоюзн аочный машиностроительный инсти КЦИОННЫЙ(54) И Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения угла поворота и крутящего момента вала.Известный трансформаторный магнитоупругий датчик угла скручивания вала, пропорционального крутящему моменту, содержащий электромагнитную систему, расположенную коаксиально с валом, не обеспечивает измерения угла поворота вала 1.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является индукционный датчик угла, содержащий многополюсный ферромагнитный статор и ротор, сигнальные обмотки и обмотки возбуждения, расположенные на полюсах статора 2.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения крутящего момента.Достигается это за счет того, что в датчик введены широтно-импульсный модулятор, ключи, управляющие входы которых соединены с выходами модулятора, и стабилизированный источник питания, причем сигнальные обмотки расположены на полюсах статора, противоположных полюсам ротора, а обмотки возбуждения расположены на полюсах статора, лежащих по обе стороны от линии полю ючены в цепи нагрузки я через ключи.На фиг, 1 дана принципиальная электри ческая схема датчика; на фиг. 2 - конструктивная схема датчика.Индукционный датчик угла содержит широтно-импульсный модулятор 1 (см. фиг. 1), выходы которого связаны с управляющими 10 входами транзисторных ключей 2 и 3, ферромагнитный ротор 4 и статор 5 с расположенными на его полюсах одинаковыми сигнальными обмотками Кь Ф 4 и одинаковыми обмотками возбуждения %, 373 К 5 14 Я 5 15 (фиг. 2). В цепи нагрузки ключей 2 и 3включены параллельно для обеспечения максимальной намагничивающей силы соответственно обмотки возбуждения и"2, Ф 5 и У 3, В 5 и ограничивающие электрический 20 ток резисторы 6 и 7. Цепь питания Епитдатчика связана со стабилизированным источником постоянного тока (на схеме не показан), цепь выходного сигнала Увых связана с сигнальными обмотками Кь У 4 включенными последовательно для обеспечения дифференциального выхода.Датчик работает следующим образом.Широтно-импульсный модулятор 1, переключаемый с педиодом т=1 г+1 г, на время 30 1 включает ключ 2 и выключает ключ 3 и(ключ 3 при этом разомкнут) через обмотки возбуждения Фь Уь проходит импульс тока, который наводит в полюсах статора 5 импульсные магнитные потоки Ф и Фь замыкающиеся соответственно через ротор 4, полюса статора с сигнальными обмотками %, и У 4 и воздушные зазоры под полюсами и вызывающие суммарный электромагнитный вращающий момент М действующий на ротор по часовой стрелке (фиг, 2). Одновременно в сигнальных обмотках У, и К 4 за счет потоков Ф -- Ф и Ф 4=Ф, индуцируются разнополярные интегро-дифференцированные импульсы, соответствующие началу и концу интервала времени 1 амплитуда которых зависит от угла поворота ротора 4 относительно полюсов статора 5 (в пределах ширины полюса статора).Далее за счет переключения широтноимпульсного модулятора 1 на последующий интервал времени 1 размыкается ключ 2 и замыкается ключ 3, теперь через обмотки возбуждения Вз и %6 проходит импульс тока, который наводит в полюсах статора 5 импульсные магнитные потоки Ф, и Ф 6, вызывающие аналогичным образом вращающий момент Мъ действующий на ротор против часовой стрелки, и разно- полярные интегро-дифференцированные импульсы в сигнальных обмотках Ф, и У (за счет потоков Ф -- Ф 6 и Ф 4=Фз), соответствующие началу и концу интервала времени 1 или, что одно и то же, концу и началу интервала времени 1 ьВ результате за счет дифференциальногосоединения сигнальных обмоток происходит алгебраическое суммирование индуцированных интегро-дифференцированных импульсов в интервале времени 1 возникающих при нарастании (включении тока) потоков Ф, Фь) и спаде (выключении тока) потоков Фз, Фе и в интервале времени 1 возникающих при нарастании (включении тока) потоков Фз, Ф, и спаде (включении тока) потоков Ф, Ф. При симметричном положении ротора 4 относительно полюсов статора 5 выходной сигнал (живых будет равен нулю, при отклонении ротора имеем за период т на выходе сигнальных обмоток датчика разнополярные выходные импульсы, соответствующие моментам переключения 1 и 1 ь амплитуда которых пропорциональна углу поворота, а полярность (фаза) импульсов характеризует направление угла поворота,Одновременно за период т на ротор 4 будет действовать суммарный вращающий- г момент, равный М=М, - М,=М, где М, амплитудное значение момента, определяемое конструктивными параметрами ротора, статора и схемы включения, зависящий по величине и знаку от глубины широтно-импульсной модуляции (скважности импульсов), При равных длительностях импульсов тока (1,=1) вращающий момент будет равен нулю, причем для неискаженного измерения угла поворота ротора выходной импульс сильно дифференцируется, и минимальная длительность импульса тока 1 или 1 в обмотках возбуждения (глубина широтно-импульсной модуляции) определяется параметрами интегродифференцирующей цепи (индуктивностями обмоток и сопротивлениями нагрузки цепи питания).Использование датчика с широтно-импульсным питанием обмоток возбуждения позволит производить одновременное измерение угла поворота ротора и внешнего крутящего момента на валу ротора, а параллельное включение обмоток возбуждения в цепи нагрузки транзисторных ключей обеспечит симметрирование электрических и магнитных параметров цепей датчика при их технологическом разбросе. Формула изобретения Индукционный датчик угла, содержащий многополюсный статор и ротор, сигнальные обмотки и обмотки возбуждения, расположенные на полюсах статора, отличающ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет одновременного измерения крутящего момента, в него введены широтно-импульсный модулятор, ключи, управляющие входы которых соединены с выходами модулятора, и стабилизированный источник питания, причем сигнальные обмотки расположены на полюсах статора, противоположных полюсам ротора, а обмотки возбуждения расположены на полюсах статора, лежащих по обе стороны от линии полюсов ротора, и включены в цепи нагрузки источника питания через ключи.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Мо 614343, кл. б 011. 3/10, 11.01,77.2, Гироскопические системы, под ред. Пельпора. - М Высшая школа, 1972, ч. 111, с. 317 (прототип).ография унова, 2 Заказ 2413 НПО По Изд.555 Тираж 1033 Подп испоосударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5