Датчик положения и скорости

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик Зф ф(511 М. Кл.з 6 01 Р 3/46 Государственный комитет СССР ио делам изобретен и й и открытийДата опубликования описания 071082 Московский автомеханический инстит(71) Заявител 4.) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ И СКОРОСТИ 5 20 30 Изобретение относится к технйке автоматического крнтроля и регулирования и может быть использовано для одновременного измерения углового положения и скорости вращения раз. личного рода валов и механизмов.Известно, что для измерения скоростей вращения используются индукционные и магнитоиндукционные датчики скорости 1и (2.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является датчик положения, содержащий магнитопровод, магнитострикционный элемент, включенный в магнитопроЮод, пьезоэлектрический чувствительный элемент, источники МДС, ферромагнитный коммутатор. Наводимыи на обкладках пьезоэлектрических элементов датчика .электрический сигнал практически не зависит от скорости перемещения ферромагнитного коммутатора, что обуславливает,целесообразность его примЕнения в качестве датчика положения 3 ).В некоторых случаях целесообраз" но иметь один датчик, дающий инфррма цию о положении и скорости перемещения движущегося объекта, например, в цифровых системах зажигания двигателей внутреннего сгорания. Однако ни одна из описанных систем датчиков не может обеспечить выполнениеэтои задачи,Целью изобретения является расширение Функциональных возможностейдатчика путем получения информациио скорости.Поставленная цель достигаетсятем, что полюсные наконечники магнитопровода снабжены обмотками, включенными последовательно согласно,в которых наводится сигнал, характе-,ризующий скорость перемещения управляющего элемента ферромагнитногокоммутатора.Модулированный коммутатором магнитный поток вызывает изменение размеров магнитострикционного элементамагнитопровода, деформацию пьезоэлементов, на обкладках которых приэтом генерируются электрические заряды. Полученный таким образом электрический сигнал не зависит от скорости перемещения управляющего элементакоммутатора. Одновременно в дополнительной обмотке наводится сигнал,величина которого пропорциональнаскорости перемещения коммутатора.Сигнал с пьезоэлементовможно непос"редственно использовать для определения положения, а сигнал с дополнительной обмотки - для определенияскорости перемещения управляющегоэлемента ферромагнитного коммутатора.На фиг. 1 изображен датчик пололения и скорости, разрез (с возбуждением от постоянных магнитов);нафиг. 2 - осциллограммы выходного напряжения с выходов датчика, на фиг.3"графики зависимости выходного напряжения сигнала положения и сигналаскорости от частоты.Датчик перемещения и скорости состоит из двух пьезокерамических элементов 1 цилиндрической Формы, соединенных торцами через прокладку 2механически последовательно, а электрически параллельно. Другимй торцамипьезоэлементы 1 упираются через наконечники 3 в магнитострикционныйстержень 4, выполненныйиз материалас отрицательной магнитострикцией.Пьезоэлементы 1, прокладка 2 с выходом 5 и наконечники 3 размещены в защитном электроизоляционном корпусе 6,образуя единый элемент, называемыйпьезоэлектрическим генератором с магнитострикционным приводом. По концамстержня 4 закреплены полюсные башмаки 7 датчика с дополнительной обмокой 8, в которой наводится сигнал,характеризующий скорость перемещенияобъекта, Полюсные башмаки 7 и стержень 4 являются неподвижной частью 9магнитопровода датчика, Подвижнаячасть датчика образована ферромагнит ным коммутатором 10 е источником 11магнитодвижущей силы (постоянным магнитом),Датчик работает следующим образом.При вращении ферромагнитного ком. 4 Омутора 10, за счет источника 11 МДСв магнитострикционном стержне 4 наводится знакопеременное магнитноеполе. Стержень 4 деформируется, пьезоэлементы сжимаются, а на их ойкладках появляется электрический сигнал,который используется для определенияположения движущегося объекта. Одновременно в обмотке 8 наводится сигнал, величина которого пропорциональна скорости /перемещения коммутатора 10. Этот сигнал снимается с выхо"чов 12.Датчик положения и скорости отно 55:ится к многофункциональным автономным датчикам генераторного типа. Внем объединены два генератора - магнитоэлектрический и пьезоэлектрический с магнитострикционным приводом. В связи с этим он обладает следую- щимИ особенностями: на выходе 5 сигнал (практически без изменения) может сохраняться в течение нескольких секунд при неподвижном коммутаторе 10; величина. сигнала на выходе 5 в диапазоне частот от 0,1 Гц до 1,5 кГц не зависит от скорости перемещения коммутатора и определяется напряженностью магнитного поля и сердечника 4, сигнал с выхода 12 практически линейно зависит от частоты вращения коммутатора 10.Экспериментальные исследования датчика показали его высокую чувствительность, надежность и стабильность в работе. Экспериментальные кривые выходного напряжения датчика с выходов 5 и 12 приведены на фиг.2. На фиг. 2 а показаны осциллограммы, снятые на низких частотах, а на фиг. 2 б - на высоких, По данным экс. перимента построены графики зависимости величины сигнала с выходов 5 и 12 датчика от частоты.Предлагаемый датчик особенно эффективно использовать в бесконтактных двигателях постоянного тока, используемых в регулируемом электроприводе, в цифровых системах зажигания двигателей внутреннего сгорания и других случаях, когда необходимо иметь информацию о положении и скорости движущегося объекта одновременно.Формула изобретенияДатчик положения и скорости поавт.св. 9 859797, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширенияфункциональных воэможностей путемполучения информации о скорости, полюсные наконечники магнитопроводадатчика снабжены обмотками, включенными последовательно согласно.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Юферов Л.А. и Потапов Ф,М,Измерение вращающих моментов и скоростей вращения микроэлектродвигателей. М., 1974, с. 95-96.2. Проектирование датчиков дляизмерения механических величин.Подред. Е,П.Осадчего. М., 1979. с. 130.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2850746,кл. 6 01 Р 5/46, 06.12.79 (прототип)./24 Тираж 887 БНИИПИ Государственного коми по делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушс