Датчик местоположения объекта в трубопроводе

(21) 4877549 (22) 24,10.90 (46) 07,10.92 (75) А.И. Кра нов и В,А. Л (56) Авторско М 1691658,А.Е. АнтоИзобретение наружения мест трубопроводах о ного устройства истроящегося тру применение при очистных устрой ния. ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ Бюл. М 37вцов, А.Ю, Вахлаков,вриненкое свидетельство СССРл, Р 17 О 5/00, 1989,(54) ДАТЧИК МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА В ТРУБОПРОВОДЕ(57) Сущность изобретения; на внешней цилиндрической поверхности магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально намагниченных постоянных магнита, Наружный магнитопровод выполнен насыщенйым, его осевая длина равна или больше осевой длины секторообразных магнитов. На поверхности системы по окружности расположены относится к средствам обоположения застрявших в бъектов, например очистри продувке или промывке бопровода, и может найти разработке, и изготовлении ств и средств их обнаружеЦелью изобретения является повышение надежности и времени автономной работы датчика местоположения объекта в трубопроводе.Поставленная цель достигается тем, что на ее внешней цилиндрической поверхности магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально намагниченных постоянных магнита. Наружный магнитопровод магнитной системы выполнен насыщенным и осевая длина магчередующиеся отражающие и поглощающие участки, Каждый из участков занимает сектор с центральным углом, равным полюсному делению магнитов. На основании электрообмотки установлены оптронные пары, состоящие из светодиодов и фотодиодов и оптически связанные с отражающими и поглощающими участками системы. Число пар равно числу фаз электрообмотки. Система управления вращения магнитной системы содержит два независимых канала, каждый из к-рых состоит из четырех транзисторов, резисторов, задающего ток светодиода, ингегральных ключей и порогового устр-ва, Начало каждой фазы электрообмотки соединено с выходами коллекторов первого и второго транзисторов. Конец фазы соединен с выходами коллекторов третьего и четвертого транзисторов. 3 ил,нитопроводов равна или больше осевой длины секторообразных магнитов. На поверхности магнитной системы по окружности расположены чередующиеся отражающие и поглощающие участки, каждый из которых занимает сектор с центральным углом, равным полюсному делению чередующихся секторообразных магнитов. С обмотками жестко связаны оптронные пары фотодиод-светодиод, оптически связанные с отражающими и поглощающими участками поверхности магнитной системы, а их число равно числу фаз электрообмотки, Начало каждой фазы обмотки соединено с выводами коллекторов первого и второго транзисторов, конец- с выводами коллекторов третьего и че 1 вертого транзисторов, выводы эмиттеров первого и третьего транзисторов соединены между собой че50 55 рез резисторы и интегральные ключи, вход управления одного из интегральных ключей соединен с прямым, а вход второго ключа - с инверсным выходом порогового устройства, вход которого соединен с фотодиодом.Выполнение наружного магнитопровода насыщенным для того, чтобы поток до полнительно установленных магнитов, которые расположены на его наружной поверхйости, не стремился замкнуться наэтот магнитопровод, а распределялся бы как можно дальше во внешнее пространство.Это способствует надежному его обнаружению измерительными средствами, Выполнение магнитопроводов магнитной системы равными или большими по осевой длине секторообразным магнитам гарантирует полное замыкание их магнитного потока и повышение величины индукции в области обмоток по сравнению с прототипом, Благодаря этому уменьшается энергопотребление при обеспечении режима вращения магнитной системы и растет ресурс автономной работы датчика,Использование в качестве приемника излучения фотодиода значительно, в несколько раз, повышает чувствительность приемника. Это значит, что на запитывание светодиода может быть затрачено меньше энергии. Одновременно, благодаря высокой чувствительности фотодиода отпадает необходимость соосного расположения излучателя и приемника и установки между ними модулирующего диска. Достаточно принять оптический сигнал, отраженный от отражающих участков поверхности магнитной системы. Благодаря отсутствию модулирующего диска (обтюратора) снижается общая поверхность вращающейся части датчика и потери энергии на аэродинамическое сопротивление, Высокая чувствительность фотодиода способствует надежному приему оптического сигнала управления, что повышает надежность устройства,Применение схемы управления датчиком также приводит к снижению энергозатрат и повышению ресурса работы устройства, Это обусловлено следующим,Экономичность устройства определяется степенью использования напряжения питания и потерями на мощность управления при заданном токе нагрузки. Для снижения потерь мощности используемые для переключения транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, имеющей меньшие потери на насыщение, чем схема с общим коллектором," применяемая в коммутаторе прототипа. Кроме того, для управления транзисторами, включенными в диагонали мостовой схемы, использовано такое соеди 5 10 15 20 25 30 35 40 45 нение транзисторов, при котором через эмиттерно-базовые переходы транзисторов течет один и тот же ток, определяемый сопротивлением последовательно включенного резистора и сопротивлением канала открытого интегрального ключа. Благодаря такому включению ток управления снижается вдвое. При закрытом канале интегрального ключа транзисторы закрыты.На фиг. 1 приведено устройство, вид сбоку (А) и вид сверху (Б) при снятой магйитной системе; на фиг, 2 - приведены примеры возможных вариантов выполнения отражающих и поглощающих участков на поверхности магнитной системы для двухполюсной системы (А) и для шестиполюсной системы (Б); на фиг, 3 приведена общая электрическая схема устройства управления вращением магнитного поля датчика,Датчик (фиг. 1) содержит магнитную систему, состоящую из секторообразных магнитов 1, установленных на внутреннем магнитопроводе 2, и наружного магнитопровода 3, Магнитная система установлена в подшипниках 4, В зазоре магнитной системы расположены обмотки 5, установленные на основании 6, Обмотки имеют взаимно ортогональные оси и в принципе представляют собой две фазы одной единой обмотки управления, В приведенном примере число секторообразных магнитов с чередующимися полюсами равно двум, но оно может быть любым четным, Число фаз обмотки в примере также равно двум, но и оно может быть любым. Причем, чем больше число магнитов и фаз, тем меньше среднее значение момента вращения, создаваемого обмотками, за один оборот магнитной системы. Следовательно, тем меньший ток необходим для обеспечения режима вращения магнитного поля, На наружной поверхности магнитной системы установлены диаметрально противоположные радиально намагниченные магниты 7, При этом радиальная толщина наружного магнитопровода 3 выбрана такой, чтобы поток внешних и секторообразных магнитов насыщал его. Как отмечалось выше, это сделано для облегчения обнаружения вращающегося поля измерительными средствами. На основании 6 расположены две оптронные пары, состоящие из светодиодов 8 и фото- диодов 9,Излучающие поверхности светодиодов и приемные поверхности фотодиодов обращены в сторону торцевой поверхности магнитной системы с поглощающими и отражающими участками. На фиг, 2 изображены примеры расположения поглощающих 10 и отражающих 11 участков при двухполюсной магнитной системе (А) и шестиполюсной системе (Б), Эти участки могут быть нанесены на любой поверхности магнитной системы, например, на боковой поверхности магнитной системы, например, на боко вой наружной или внутренней. Число оптронных пар должно соответствовать числу фаз обмотки, так как одна пара обеспечивает включение на источник питания только одной фазы. На фиг. 3 приведена 10 общая электрическая схема управления вращением магнитной системы датчика, Схема содержит два независимых идентичных канала А 1 и А 2, Каждый канал состоит из транзисторов ЧТ 1 - ЧТ 4, резисторов В 1, 15 задающего ток светодиода ЧР 1, и В 2, ВЗ, определяющих базовые токи транзисторов, интегральных ключей К 1, К 2, управляющих работой транзисторов, порогового устройства О 1, имеющего прямой и инверсный вы ходы, и подключенного к фотодиоду ЧО 2, Коллекторы транзисторов ЧТ 1 и ЧТ 2 соединены с началом фазы обмотки Я 1, а коллекторы транзисторов ЧТЗ и ЧТ 4 соединены с концом фазы обмотки И 1. Элементы канала 25 А 2 на схеме не показаны,Датчик работает слеДующим образом.После включения питания излучение светодиода ЧО 1 попадает на поверхность 30 магнитной системы с отражающими и поглощающими участками, В зависимости от поверхности (отражающая или поглощающая) чувствительная площадка фотодиода ЧО 2 будет соответственно освещена или за темнена, При освещении фотодиода на прямом выходе порогового устройства 01 появится напряжение высокого уровня, на инверсном выходе - напряжение низкого уровня. В соответствии с этим ключ К 1 сое динит базовые цепи транзисторов ЧТ 2 и ЧТЗ. Эти транзисторы откроются и через обмотку В/1 потечет ток по цепи: "+"Осс - эмиттер ЧТЗ - коллектор ЧТЗ - конец Я 1 - начало Я 1 - коллектор ЧТ 2 - эмиттер ЧТ 2 - СКО, 45 Протекание тока в обмотке Ю 1 приводит к возникновению момента вращения и повороту магнитной системы на угол, равный угловой зоне отражающей поверхности, фотодиод перестает освещаться, в результате 50 чего ключ К 1 размыкает и разрывает базовые цепи транзисторов ЧТ 2 и ЧТЗ, а ключ К 2 замы кает базовые цепи транзисторов ЧТ 1 и ЧТ 4.Транзисторы ЧТ 1 и ЧТ 4 открываются и 55 через обмотку ЧЧ 1 протекает ток противоположного направления. При этом направление действия момента вращения не изменяется, так как произошел разворот магнитной системы, и против обмотки расположился магнит противоположной полярности, Аналогично работает канал А 2, который управляет направленйем"тока в обмотке И/2, Таким образом обмотки поочередно разворачивают магнитную систему, а вместе с ней и магниты, расположенные на внешней поверхности, создавая тем самым вращение внешнего магнитного поля, которое регистрируется известными измерительными средствами,Формула изобретения Датчик местоположения обьекта в трубопроводе, содержащий источник постоянного тока и источник переменного магнитного поля, состоящий из кольцевой магнитной системы с наружным магнитопроводом и с секторообразными постоянными магнитами, чередующейся полярности, в зазоре которой расположена электрообмотка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и времени автономной работы датчика, на внешней цилиндрической поверхности магнитной системы установлены два диаметрально противоположных радиально намагниченных постоянных магнита, наружный магнитопровод выполнен насыщенным и его осевая длина равна или больше осевой длины секторообразных магнитов. на поверхности магнитной системы по окружности расположены чередующиеся отражающие и поглощающие участки, каждый из которых занимает сектор с центральным углом, равным полюсному делению чередующихся секторообразных магнитов, на основании электрообмотки установлены оптопары, состоящие из светодиодов и фотодиодов и оптически связанные с отражающими и поглощающими участками магнитной системы, число пар равно числу фаз электрообмотки, причем датчик снабжен системой управления вращения магнитной системы, содержащей два независимых канала, каждый из которых состоит из четырех транзисторов, резисторов, задающего ток светодиода, интегральных ключей и порогового устройства, а начало каждой фазы электрообмотки соединено С выводами коллекторов первого и второго транзисторов, конец фазы соединен с выводами коллекторов третьего и четвертого транзисторов, выводы эмиттеров первого и третьего транзисторов соединены с положительным зажимом источника тока, а выводы эмиттеров второго и четвертого транзисторов соединены с отрицательным зажимом источника. выводы баз первого ичетвертого, второго и третьего транзисторов соединены между собой через резисторы и интегральные ключи, вход управления одного из интегральных ключей соЕдинен с прямым, и другого - с инверсным выходомпорогового устройства, вход которого соединен с фотодиодом..Гагари Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго 1 1Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5