Емкостной датчик перемещения

Союз Советскин Социалистицеских РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДИТВЛЬСТВУ(23) Приоритет(51) М, Кл 501 Э 5/24 Государственный комитет Соевтв Министров СССР оо делам изобретений и открытий(45) Дата опубликования описания 25,07.77 и(54) ЕМКОСТНЫЙ ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для непрерывного определения текущих координат, скорости и направления движения объекта,Известен емкостный датчик положенийт содержащий ряд неподвижных металлических пластин, образующих одну из обкладок конденсатора и одну узкую подвижнуюпластину - вторую обкладку конденсатора, 10 предназначенный для регистрации положений подвижного объекта в дискретных точках траектории его перемещения и характеризующийся значительными погрешностями преобразования, 15 Известно также многокоаксиальное преобразующее устройство дискретного действия, содержащее генератор синусоидальных колебаний и общее для всех каналов коди руюшее устройство в виде диска с размещенными на его поверхности кодируютцими элементами и одиночные считывающие зонды на каждый канал, который имеет ем,костный мост, в двух плечах которого установлены 25 кодируюшие емкости, усилитель фазовый9 етектор и триггер Шмидта,Однако в таком устройстве возможныпотери информации о положении перемещающегося объекта при внезапном отключениипитающей сети и оно недостаточно защищено от промышленных помех, что в итогеприводит к снижению точности и надежности преобразования,Цель изобретения - повышение точности и надежности преобразования.Эта цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве к перестраиваемым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкости дифференциального многослойного конденсатора, общая обкладка которого, устанавливаемая на перемещающемся объекте, содержит две группы по тт прямоугольных пластин, размещенных симметрично с двух сторон от основания пластин обшей обкладки и чередуются с этими пластинами и пластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной)1, при этом угол наклона оси сим 55913метрии общей обкладки к траектории перемещения объекта равен гдеи 1 - резонансные частоты перестраиваемых контуров частотного детектора,соответствующие двум крайним положениямобъекта;п - высоте треугольника,пластин, соответствующая резонансной частотекаждого перестраиваемого контура;Х - максимальное перемещение объектаНа фиг. 1 изображена структурная схе-ма предлагаемого датчика; на фиг. 2 - его 15принципиальная электрическая схема; нафиг. 3 - пример конструктивного выполнения емкостного кодирующего устройствадатчика; на фиг. 4 - пример формы корректирующей прокладки.20Датчик содержит генератор синусоидвльных колебаний 1, частотный детектор 2,емкостное кодирующее устройство 3 и выходной усилитель 4.Контуры частотного детектора (см,25фиг. 2) составлены двумя одинаковымицеперестраивающимися индуктивностями Ви 6 и емкостями 7 и 8 кодирующего устройства. Каждый нз контуров 5, 7 и 6, 8через свой детектор 9 или 10 нагруженна интегрирующие емкости 11 или 12 иобщую токовую схему сравнения на резис,торах 13, 14, 15, Выход частотного детектора подключен к входу усилителя постоянного тока 16. Контуры частотногодетектора питаются током высокой частотыот разделенных выходов генератора синусоидальных колебаний 17 посредствомтрансформаторной связи 18 и 5, 19 и 6и настроены так, что крайние значениярезонансных частот, соответствующие двумкрайним положениям подвижного объекта,лежат по одну сторону от частоты питающего их генератора,Емкостное кодирующее устройство, реа 45лизующее изменение емкостей 7 и 8 поквадратичному закону для случая линейного перемещения объекта, представляет собоймногослойный дифференциальный конденса 50тор (см. фиг. 3), каждая из обкладок АБ, В которого состоит из множества геометрически одинаковых элементов, объединенных общими основаниями. Общая обкладка Б конденсатор,ов 7 и 8, установлен-55ная на подвижной части объекта, содержитдве одинаковые группы И прямоугольныхпластин 20, причем каждая пластина подлине несколько превышает максимальновозможную величину перемещения подвиж 60ной части объекта и все пластины размещены равномерно по высоте с обеих сторон от общего для них основания 21.Неподвижные обкладки А и В, образующие с общей обкладкой Б емкости 7 и 8, установлены на общем изолирующем основании и содержат по одной группе ( п - 1) пластин 22 треугольной формы.Пластины обеих обклвдок А и В конденсатора располагаются между пластинами со ответствующих групп обкладок Б и могут перемещаться между ними, так что при перемещении обкладки Б совместно с подвижной частью объекта емкость конденсатора 7 увеличивается, а емкость конденсатора 8 уменьшается и наоборот.Укаэанная закономерность изменения емкостей достигается благодаря наклону длинных сторон пластин общей обкладки Б к траектории ее перемещения на уголаС =а"с.( и -"ит Хгдето и 1 - выбранные значения резс нансных частот контуров, соответствующие двум крайним положениям обкладки Б, установленной на подвижной части объекта;Ь - выбранное значение высоты треугольника, соответствующее резонансной частоте каждого из перестраиваемых контуров;Х , - максимальная величина перемещения подвижной части объекта на участке от х до х, или наоборот.Конструкцйя кодирующего устройства обеспечивает образование площадей взаимно. го перекрытия пластин обклвдок А и В в форме треугольников с пластинами обкладки Б, Медианы треугольников обкладок А и В нормально расположены к траектории перемещения обкладки Б, а углы у основания треугольников находятся в соотношении3 - ж = (+ ЖПлощадь взаимного перекрытия каждой пары пластин определяется по формуле:в,:фд 4 Ай(.рс)й(р-са), где 1 т и 3 - высота и основание треугольника, линейно зависимые от положения подвижного объекта на траектории перемещения.Для уменьшения погрешностей преобразования, обусловленных некоторой пелинейностью частотной характеристики детектора, в каждом конденсаторе между отдельными парами взаимоперекрыв,;юшихся элементов по длине обкладки Б проложены корректирующие прокладки 23 цз диэлектрика с постоянной Я)1.Форма корректирующих прокл;п(ок, яв ляющихся подстроечными элементами ко дирующего устройства, определена величи ной и характером отклонения частотной характеристики детектора от прямолинейной.Устройство работает следующим образом,При перемещении контролируемого объекта совместно с установленной на нем обкладкой Б относительно неподвижных обкладок А и В происходит изменение площадей взаимного перекрытия между пластина- О ми обкладок А и Б, В и Б и определяемых ими емкостей 7 и 8 контуров детектора.В результате изменения резонансных частот контуров относительно неизменной частоты генератора изменяются величины 5 индуцированных напряжений на контурах и детектированных напряжений на интегрирую щих емкостях 11 и 12 разность которых определяет выходное напряжение детектора. 20Формула изобретенияЕмкостный датчик перемещений, содержащий последовательно включенные генератор синусоидальных колебаний, частотный детектор с перестраиваемыми по частоте контурами, усилитель постоянного тока и подключенное к частотному детектору емкостное кодирующее устройство в виде 30 дифференциального многослойного конден.сатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности и надежности преобразования к перестраиваечым по частоте контурам частотного детектора параллельно подключены емкостидифференциального многослойного конденсатора, общая обкладка оторопоустанавливаемая на перемещающемся объекте,содержит две группы по й ,прямоугольныхпластин, размещенных симметрично с двухсторон от общего для них основания, адве другие неподвижные обкладки, содержащие по ( 1 - 1) пластин в виде треугольника, установлены симметрично с двухсторон от основания пластин общей обкладки и чередуются с этими пластинами ипластинами из диэлектрика с диэлектрической постоянной Я1, при этом угол наклона оси семметрии обшей обкладки к траектории перемещения объекта равен:- а-СВ И -1- -1,х где 1 и 1 - резонансные частоты перестранваемых контуров частотного детектора, соответствующие двум крайним положениям объекта;)1 - высота треугольника пластин, соответствующая резонансной частоте каждого перестраиваемого контура;у - максимальное перемещение объекта.559111 р Р 1 ррФиг. 5Составитель Н, Милехин Редактор Т, Иванова Техред А. Демьянова Корректор П, Макаревич Заказ 1483/93 Тираж 907 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиап ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4