Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений

)5 й 01 В 7/30 ЗС)БРЕ ГЕНИЯ ИДЕТЕЛ Ь СТВу АВТО 11) 4912.623/282) 20.02.916) 30.08,93. Бюл. Ф 321) Самарский авиационный институт им. ад. С.П.Королева2) Ю.С.Дмитриев и В.Н,Буровб) Авторское свидетельство СССР 1665224, кл. 0 01 В 7/30, 1989,Авторское свидетельство СССР 1784837, кл. 6 01 В 7/30, 1990.4) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ПРЕОБРАЗОАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ 7) Изобретение относится к иэмерительой технике и имеет целью увеличение диаазона преобразования двухкоординатного реобраэователя угловых перемещений за чет осуществления коррекции погрешноти от нелинейности характеристики преобазования на краях измеряемого диапазона ловых перемещений. Преобразователь соИзобретение относится к электроиэмеительной технике и автол 1 атике и может ыть использовано в системах управления еремещением подвижных объектов таких, ак машины, тракторы, суда, летательные ппараты.Цель изобретения - увеличение диапаона преобразования угловых перемещеий за счет коррекции погрешности от елинейности выходного сигнала преобраователя на краях характеристики преобраования.В конструкции преобразователя исользуется экран, состоящий из двух устаовленных параллельно и механически не вязанных пластин разных размеров, котоГ СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ЕДОУСТВО СССРдержит установленный с возможностью перемещений электропроводящий экран, верхняя пластина которого имеет меньший диаметр, чел 1 его нижняя пластина. Четыре катушки индуктивности токовихревого датчика положения экрана расположены в одной плоскости между пластинами экрана, В верхней пластине экрана установлена на резьбе подвижная регулировочная шайба с центральным отверстием в ней, через которое с зазором проходит стержень связи с управля 1 ощим объектом, Зазор между отверстием в верхней пластине экрана и этим стержнем меньше, чем зазор между ним и отверстием в регулировочной шайбе, Благодаря этому сначала перемещается верхняя пластина экрана под действием управляю- З щего стержня, а в конце диапазона перемещения обеспечивается дополнительное еремещение его нижней пластины. 21 рые перемещаются по произвольным направляюшим, расположенным в их плоскостях, под действием упругого стержня. За счет выбора положения регулировочной шайбы перемещение пластины меньшего диаметра начинается в конце измеряемого диапазона угловых перемещений упругого стержня связи, Выбором размеров первой верхней пластины достигается обеспечение влияния этой пластины только на одну иэ двух связанных между собой катушек индуктивности, что и обеспечивает коррекцию погрешности нелинейности.На фиг. 1 показан двухкоординатный преобразователь угловых перемещений; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.Двухкоординатный преобразователь угловых перемещений содержит диэлектрический корпус 1, имеющий центральную часть, крышку и основание, которые могутизготавливаться из любого материала, Упругий стержень 2 связи с управляющим, обьектом закреплен консольно в основании корпуса 1 и выполнен в виде цилиндрической пружины с наконечником, Злектропроводящий неферромагнитный экран 3, состоит из верхней пластины 4, которая имеет форму плоского кольца со скосами 5, выполненных по внешним образующим в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях, и нижней пластины 6 в аиде кольца со скосами 7 (фиг.2), выполненных аналогично скосам 5 пластины 4 и идентично им ориентированных с помощью пластинчатых пружин 8. Пружины 8 установлены в пазах 9 каркаса 1 между корпусом 1 и торцем пластины 4, в неусеченных частях которой сделаны соответствующие установочные пазы для вершин пружин 8, и пластинчатых пружин 10, установленных в пазах 11 каркаса 1 между каркасом 1 и торцем пластины 6, в неусеченных частях которой сделаны соответствующие установочные пазы для вершин пружин 10. Пластины 4 и 6 экрана 3 установлены с зазором 12, в котором расположена центральная часть диэлектрического каркаса 1 с закрепленными в ней двумя катушек 13, 14 и 15, 16 индуктивности, Расстояние между осями дифференциально включенных катушек 13 и 14, а также 15 и 18 индуктивности равны расстоянию между скосами 5 пластины 4, над которой установлены эти катушки индуктивности. Для обеспечения постоянства зазора 12 между пластинами 4 и 6 экрана 3 установлены цилиндрическая пружина 17 - между основанием каркаса 1 и пластиной 6 экрана и цилиндрическая пружина 18- между крышкой каркаса 1 и пластиной 4, соосные стержню 2. Для обеспечения зоны нечувствительности преобразователя к на. чальным угловым перемещениям стержня 2в пластине 4 выполнено центральное отверстие 19, а в пластине 6 - отверстие 20, диаметры которых больше диаметра стержня 2. . Для регулировки зоны нечувствительностиверхней пластины 4 в его центральном отверстии 19 выполнена резьба, на которой установлена подвижная регулировочная шайба 21 с центральным отверстием 22, диаметр которого больше диаметра стержня 2.Для обеспечения коррекции нелинейности выходного сигнала преобразователя диаметр кольца пластины 4 выполнен меньше диаметра кольца пластины 6 на величину не меньше, чем диаметр катушек 13, 14, 15, 16 индуктивности, что обеспечивает влияние пластины 4 при ее перемещении только наодну из двух катушек 13, 14 или 15, 16 индуктивности, соединенных в пары. Выводыкаждой пары катушек 13, 14 и 15, 16 индук 5 тивности соединены с соответствующимивходами блока 23 электроники,Преобразователь работает следующимобразом.В исходном состоянии стержень 2 связи"0 с управляющим обьектом за счет своей жесткости занимает положение перпендикулярное пластинам 4 и 6 экрана 3, а пластины4 и б за счет пружин 8 и 10 соответственнозанимают положения, когда оси централь 15 ных отверстий 19 и 20 в этих пластинахсовпадают,с осью стержня 2. Пружины 17 и18 обеспечивают постоянство зазора 12между пластинами 4 и 6, обеспечивая постоянство сигналов с катушек 13-16 индук 20 тивности. Скосы 5 нижней пластины 6располагаются под центрами катушек 13-16индуктивности, что обеспечивает перекрытие пластиной 6 половин поверхности катушек 13-16. Пластина 4 ориентирована25 скосами 7 идентично пластине 6 и за счеттого, что имеет размер между скосами меньше, чем у пластины 6, на величину диаметракатушек индуктивности 13-16, в исходномсостоянии не перекрывает поверхность каЗО тушек 13-16,При питании катушек 13-16 от блока 23электроники переменным напряжением внижней пластине 6 экрана 3 наводятся вихревые токи, которые создают магнитное по 35 ле, параметры которого определяютсяположением пластины 6 относительно катушек 13-16 индуктивности. Магнитное полевихревых токов воздействует на катушки13-16 индуктивности, вызывая уменьшение40 величины первоначального напряжения навеличину вносимого экраном 3 напряжения.Поскольку катушки 13-16 индуктивностиидентичны, то со средних точек пар катушек13, 14 и 15, 16 индуктивности будет снимать 45 ся нулевой сигнал, Под действием вибрациимашины, на которой установлен преобразователь, возможны угловые перемещениястержня 2 относительно исходного. Диаметр отверстия 19 пластины 4, диаметр от 50 верстия 22 шайбы 21, ввернутой вотверстие 19 пластины 4, выбраны такимобразом, что случайные перемещениястержня 2 не приводят к перемещениямпластин 4, 6 экрана 3.55 При управляющем воздействии обьектауправления на стержень 2 происходит перемещение пластины 6 под действием угловыхперемещений стержня 2, при этом площадьперекрытия одной из соединенных в парыкатушек 13, 14 и (или) 15, 16 индуктивностиудет увеличиваться, а другой - уменьшатья. Причем изменения площадей будут проорциональны, Таким образом, на одной атушке индуктивности, где площадь перерытия увеличивается, выходной сигнал бует уменьшаться, а на другой величиваться, Тогда суммарные сигналы, нимаемые со средних точек пар катушек 3, 14, 15, 16 индуктивности, будут отличны т нуля. Эти сигналы поступают в блок 23 лектроники, где после усиления детектироэния преобразуются в постоянные напряения Ц, и Ор, которые являются ыходными сигналами блока 23 электрониПоскольку выходные сигналы с каждой атушки 13-16 индуктивности изменяются елин ейно от изменения площади ерекрытия их электропроводящим экраом 3, то суммарный сигнал каждой пары атушек 13, 14 и 15, 16 будет иметь допустиую погрешность нелинейности только при пределенных(небольших) угловых перемеениях стержня 2, причем на краях диапаона угловых перемещений стержня 2 огрешность нелинейности резко возрастат. Для исключения этого эффекта вводится оррекция погрешности нелинейности эа чет дополнительного влияния нэ катушки 13, 14, 15, 16 индуктивности верхней платины 4 экрана 3 в конце диапазона угловых еремещений стержня 2. Для этого перемеением по резьбе в центральном отверстии.9 пластины 4 регулировочной шайбы 21 обиваются такого положения шайбы 21, огда взаимодействием стержня 2 с шайбой 1 наступает в момент равенства погрешноти нелинейности ее допустимому уровню. ри этом пропорциональность изменения лощадей катушек 13-16 экраном 3 наруится, т.е. в конце диапазона величина приоста площади перекрытия одной из атушек индуктивности становится больше, ем величина уменьшения площади перерытия другой катушки индуктивности в эждой паре катушек 13, 14 и 15, 16. Это риводит к тому, что величины изменения игналов на каждой из катушек индуктивноти вновь становятся близкими друг к другу, ,е. осуществляется коррекция линейности уммарного сигнала.Предлагаемый преобразователь позвояет расширить диапазон линейности выодных сигналов или обеспечить еобходимый уровень погрешности нелиейности в заданном диапазоне угловых пеемещений управляющего стержня за счет кспериментэльного подбора положения егулировочной шайбы, Одновременно реобразовэтель обладает такими преиму ществами, как высокая надежность, за счет бесконтактного формирования сигналов, использования зон нечувствительности к начальным угловым перемещениям управляющего стержня, э, кроме того, высокой точностью преобоаэования из-за отсутствия взаимного влияния каналов формирования выходных сигналов друг на друга при угловых перемещениях стержня за счет ипользования скосов на пластинах, длины которых выбираются не меньше, чем диапазоны перемещений пластин по координатам под действием управляющего стержня. Эти преимущества позволяют его использовать в качестве элемента управления подвижных объектов. 51015 дифференциально и подключены к соответствующему входу блока электроники, установленную между основанием корпуса и одной из кольцевых пластин экрана регулировочную шайбу, а также размещенные,в пазах корпуса и упирающиеся в торцовые поверхности этой же пластины экрана пла 50 стинчатые пружины, о т л и ч а ю щ и й с я тем, 55 что, с целью расширения диапазона преобразования за счет коррекции погрешности от нелинейности на краях характеристики преобразования, он снабжен дополнительными цилиндрическими пружинами для подпружинивания одной из пластин экрана Формул а изобретен ия Двухкоординэтный преобразователь уг ловых перемещений, содержащий диэлектрический корпус, закрепленный консольно в его основании упругий стержень связи преобразователя с управляющим объектом, подпружинивающую его цилиндрическую 25 пружину, ось которой совпадает с осьюстержня, взаимодействующий со стержнем электропроводный неферромагнитный эк-.ран, размещенный соосно со стержнем и состоящий из двух пластин, которые име ют форму плоских колец, скошенных повнешним образующим в четырех взаимно перпендикулярных плоскостях, расположенных в параллельных плоскостях с воздушным зазором между ними и 35 установленных перпендикулярно оси упругого стержня связи, чувствительный к перемещениям экрана вихретоковый измеритель зазоров, включающий блок электроники и четыре идентичные катушки 40 индуктивности, установленные в диэлектрическом корпусе в общей плоскости, параллельной плоским кольцам экрана, и под углом 90 одна к другой симметрично относительно оси упругого стержня связи, при чем размещенные одна напротив другойкатушки индуктивности соединены попарнои катушек индуктивности, эти пружины установлены в зазоре между пластинами экрана. первая пластина экрана выполнена диаметром, меньшим диаметра второй пластины на величину не менее диаметра одной катушки индуктивности, регулировочная шайба закреплена на первой подпружиненной пластине экрана, а зазор между стенками центрального отверстия в этой шайбе и упругим стержнем связи превышает зазор 6 между этим стержнем и стенками отверстияво второй пластине экрана.1837154 А-,4 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гаг 01 Л 10г сударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб 4/5