Датчик перемещений (его варианты)

(и 994967 ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет -аф девам вэебретевнв и етхрытий Опубликовано 07.02.83. Бюллетень5 Дата опубликования описания 07,02,83(54) ДАТЧИК ПЕРЕМЕЩЕНИЙ (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1Изобретение относится к контрольно измерительной технике и может найти применение в устройствах измерения перемещений подвижных узлов станков, измерительных машин и приборов.Известны датчики перемещений, содержащие два относительно подвижных элемента с печатными обмотками, например датчик типа индуктосин1 ,Одним из недостатков датчиков такого типа является погрешность, обусловленная наличием высших пространственных гармоник поля, например, изза неточности выполнения обмоток.Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является датчик перемещений, содержащий два относительно подвижных элемента и размещенную на одном из них печатную обмотку с шагом Т. В этом датчи- эо ке ширина проводников обмотки постоянна и выполнена равной Т/и, где и - номер устраняемой нечетной пространственной гармоники поля. Таким обра 2зом, за счет выбора конкретной ширины проводника обмотки происходит уст-. ранение одной из нецетных высших про" странственных гармоник поля 2.Недостатком такой конструкции является неполное устранение подавляемой гармоники из-за неточности выпол. нения проводников обмотки и возможность устранения только одной нечетной гармоники поля.Целью изобретения является уменьшение погрешности датчика от влияния и-й пространственной гармоники поля а также одновременное уменьшение погрешности датчика от влияния каких- либо двух нечетных пространственных гармоник поля.Поставленная цель достигается тем цто в датчике перемещений по первому варианту проводники обмотки выполне-, ны в виде двух последовательно соединенных участков одинаковой длины и ширины, смещенных один относительно другого вдоль поверхности элемента на994 907 4которые могут быть представлены в следующем виде1 2 ) Зпд 2 лпхе.е+ - Е 15 соь в 1 п величину, равную д Т/2 п, где п=2, 3, 4- номер пространственной гармоники.В датчике перемещений по второму варианту проводники выполнены в виде двух последовательно соединенных участков разной длины и ширины, соотношение которых определяется из формулыла 3 аС 1 51 пп а 51 и и1 1 1 Т 1 2 Т10Ла, Уас в 1 пп д 51 ппгде 2 и 22 - длина первого и второгоуцастков соответственноа и а 2 - ширина первого и второго уцастков соответственно;и и п - номера устраняемых высших нечетных пространственных гармоник поля. с+е2Упд 2 Лпх+1 У Со 5 сов Т 1 (2.)о=2ф 15 где ИЗ и МЗ 1 - взаимные индуктивности обмотки 3 и участков 6 и 7 проводниковобмоткиМ 1 6 и М1 взаимные индуктивнос 20 ти обмотки 4 и участков 6 и 7 проводниковобмотки 5;Ц - величина смещения осейпроводника, представленного двумя участками (по первому варианту датчика);и 22 - длины активных участков 6 и 7 проводниЗо ков;а и а- ширина активных участков 6 и 7 проводников;и - номер гармоники;х . - величина относитель ного перемещения элементов 1 и 2;Рл п и си постоянные коэффициенты при и-х гармониках, причем о=у;Т - шаг обмотки шкалй.Очевидно, что при 2=3=1/2 и одинаковой ширине а участков проводниковсмещение д=Т/2 п при любом конкретноми 2, 3приводит к равенству нулю 45 соответствующей гармоники как четной,так и нечетной во взаимных индуктивностях, описываемых уравнением (2),а также равенство нулю погрешностидатчика перемещений, обусловленной 50 этой пространственной гармоникой поля. При этом величина первой гармоники ЭДС, наводимой в обмотке 5 и являющейся. полезным сигналом датцика, определяется как55 ек - 3 м 1, сов51 п(мс т ) (3)Е У, гХхгде 1 и м - соответственно амплитудаи круговая частота токапитания; 40 На фиг. 1 изображена конструкцияпервого варианта датчика перемещений; на фиг. 2 - вариант исполнения участков проводников его печатной обмотки; на фиг. 3 - конструкция второго варианта датчика перемещений; на фиг.вариант исполнения участков проводников его обмотки.Датчик перемещений содержит дваотносительно подвижных элемента: головку 1 и шкалу 2, на которых размещены соответственно синусная обмотка 3, косинусная обмотка 4 и индуктивно связанная с ними обмотка 5 шкалы 2.Проводники обмотки 5 расположены с шагом Т и выполнены в виде двух последовательно соединенных уцастков 6 и 7, имеющих соответственно длину 7 и Р 2 и ширину а , а 2, В первом варианте датцика эти участки смещены один относительно другого по длине шкалы 2 на величину д=Т/2 п и имеют одинаковую ширину а=а 2 в - а. В варианте исполнения проводников обмотки датчика один из участков, например 6, может быть выполнен в виде двух половин, между которыми включен другой участок, нюример 7, цто позволяет уменьшить влияние от перекосов обмотки (фиг. 2 и 4).Датчик перемещения работает следу. ющим образом.При питании обмоток 3 и 4 синусоидальными токами, смещенными на 3/2, в обмотке 5 наводится ЗДС, Ее величина зависит от суммы взаимных индуктивностей между отдельными участками 6 и 7 проводников и обмоток 3 и 4,е+е1 2 1 Япд, 2/7 пх 4,6 4,7 ц и 1 д в Т Т99 ч 907 20 Формула изобретения ею8 Яа 7 О Т 5 2 т21 Т Я сю 51 п 12 4 1 п где 2 и 22 -ЛаУа,2 Т1 Т ч 1 и д 2 5время;К - коэФФициент пропорциональности.Равенство (3) показывает, что ве- .личина полезного сигнала ЭДС датчика 5 перемещений уменьшается при увеличении номера подавляемой гармоники, -но не меньше величины полезного сигнала. датчиков, использующих подавление высших пространственных гармоник поля 30 при помощи выбора ширины проводников, как это осуществлено в известном техническом решении.Во втором варианте исполнения дат-чика перемещений происходит устране ние только нечетных гармонических составляющих поля, поэтому выражение (2) может быть записано какЗЬ 33 и2 Лпх1 1ас - 51 п + - 51 п2СОи+3й +М сс (-1) С СОЗ х2 2 Лпх46 4 Ч ии Т ЪР,2 а,х - 5 Ял + - 51 о(4)М 2 т М 2 Т,ЗОПриравняв выражение в скобках кнулю, получаем условия, при которыхпроисходит одновременное уменьшениепогрешности от влияния каких-либодвух высших нечетных пространственныхЭ 5гармоник поля, т. е. Уп е;(й1 22 Т 40п 2 а 20 оЫп1Г 7 яаф 2 в45уСистема уравнений 5) Решается сраФическим.или численным методом, при которых определяются области сущест- вования а и а 2.Например, при подавлении третьей 0 и пятой гармоник (п=3, п 2=5) области существования а 1 и а 2 определяются как Т . 11 Т ЗТ0 а с - ; - б 2 с -1 8 30 8Т . Т ЗТ 2 Т 55- са, а с8 15 8 Т Т,2 Т Т- а- ; сс- 61 5 1 45 2 2 6Выбрав значение а , определяют отношение К/7, после чего граФическим. методом или методом последовательных приближений определяют величину аНеобходимо отметить, что предлагаемая конструкция проводников может быть выполнена как на головке 1, так и на шкале 2. Сам датчик перемещений может быть выполнен в круговом испол-. нении, а также с элементами, содержащими зубчатую шкалу без обмоток.Таким образом, предлагаемая конструкция обмоток датчика перемещений с разбиением проводников на отдельные участки и наличием смещения между осями обоих участков позволяет уменьшить погрешность датчика от влияния высших гармонических пространственных составляющих поля. 1, Датчик перемещений, содержащий два относительно подвижных элемента и размещенную на одном из них печатную обмотку с шагом Т, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности датчика от влияния и-й пространственной гармоники поля, проводники обмотки выполнены в виде двух последовательно соединенных учас" тков одинаковой длины и ширины, смещенных один относительно другого вдоль поверхности элемента на величинуд =Т/2 п, где и = 2, 3, М - номер пространственной гармоники.2. Датчик перемещений, содержащий два относительно подвижных элемента и размещенную на одном из них печатную обмотку с шагом Т, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью одновременного уменьшения погрешности датчика от влияния каких-либо двух нечетных пространственных гармоник поля, проводники обмотки выполнены в виде двух последовательно соединенных участков разной длины и ширины, соотношение которых определяется из Формулы длина первого и второго участков соответственно ширина первого и второго участков соответственно;994907 1, Патенткл. 336-123,и и п - номера высших нечетныхпространственных гармо"ник поляИсточники информации,принятые во внимание при экспертиэе 8США К 2650352,1953. 2. Патент США й 2799835,кл. 336- 123, 1957 (прототип).994907 Составитель ева Техред М. НаНСХИИКорректор М, Шароши Редактор К аказ 625(25 0 Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектна Тираж ВНИИПИ Госуда по .делам из 035, Москва, ственного кбретений и