Устройство для определения параметров вращения

)5 0 01 Р 13/00,НИЯ вский инбб,ЕЛЕНИ овых пе изобре Изобретение измерительной т пользовано для перемещения, ско щения. относитсяхнике и м определе рости и нап к контрольноокет быть исния углового равления враМагни я Виганда Виганда в ы движутся Отноприемная катуштри),тельно модус проволокой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ(57) Использование: измерение угремещений и скоростей, Сущност Известны устройства для измерения углового перемещения и скорости на основе эффекта Виганда, основным достоинством которых является независимость параметров выходного импульса от скорости вращения,Существуют три основных варианта построения таких устройств.Проволока Виганда (или совокупность проволок) перемещается относительно двух постоянных магнитов с размещенной между ними приемной катушкой,оволока Виганда и постоянные ориентированы так, что при враеред" магниты вначале воздейстдну половину проволоки, а затем а при вращении "Назад" - наобому при вращении "Вперед" импервой катушке оперекают ующие импульсы во второй кари вращении "Назад" наоборот, ктронная схема определяет навращения, а также формирует тельность импульсов с частотой, нальной частоте вращения рототения: пр магниты с щении "Вп вуют на о на другую, рот, поэто пульсы в соответств тушке, а и далее эле правление последова пропорцио ра. 3 ил,Магниты и модуль Виганда неподвикны, а их взаимодействие регулируется перемещением магнитного экрана.преимущество первого варианта над двумя другими в том, что он чувствует направление вращения, однако выходной сигнал значительно слабее и при удалении катушки от проволоки Виганда более чем на 2 мм становится пренебрежимо малым. В результате снижается помехозащищенность устройства, повышаются требования к точности установления зазора между подвикной и неподвижной частями, что ограничивает область применения первого варианта. Указанных недостатков лишены второй и третий варианты,Наиболее близким к изобретению является устройство, которое содержит ротор, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенные коаксиально ей приемную катушку и компенсэционцуо катушку с магнитопроводлщей пластинои внутри, Проволока Вигэндэ ориентирована относительно мапитных поласов таким образом, цто Один из двух 80 концов испытывает даЙствие магнитного поля этих полюсов сильнее, чем другой конец, Уагнитапровсдлецая пластина используется длл усиления сигалов в приемной и компенсационной кдтушкау.Г 1 роволака Биганда" перемагничивается в симметричном режиме погносами магнитов при движении ротора, в результате чего, в приемной катушке нэводлтсл импульсы Биганда, а наводимые изменяющимся магнитным полем помехи исклочаютсл КОМП 8 НСЭ ЦИ ОН Ной КДТУЕКОь 1.Недостаток устройства - 1 ечувстви тельнОГть к нэпрэБлсциа Врд.е 814 и 51,Цель изобратения - раса 1 рецие функциональных возможОстей устройства путем определения апрдвланил врэце 4 ил,Цель достигается тем, цто в устройство, сорерждщаа ротор, ца ободу котораго. равномерна рдсгалая(ены пол 1 аса постоянных магнитов ерехчсщеЙс 51 пал 5 рнОсти., пао валс у с 3 игдцда и размещенну 10 кааксиаль. но ей приемную катув ку, введены втордл приемная катуецка, схема фармираваци 51 и определения направления врашенил, состоящая из первого и второго положительных одцопалугериодных выпрямителей, певОГО и вторОГО (грицэ 18 льных ОдцО 1 О" ,лупериадцы( выпрямителей, Гервагси второго аналоговых сумматоров, парного, второго, третьего и цетвартого компдрдтаров, первого, второго и третьего ВЗ-триггеров, пеовага и второго элементов 2 И, элемента 2 ИЛИ, причем первая и вторая приемные катушки идецтицны и расгалож 8 цы симматрично па Обе стороны Относительно центра провала(и Вига 4 дд, постоянные мдГн 11 ть рэспалажень цд рата ре радиально, каждый из мэпитов пред.ставллет собой в поперечном сечении квадрат, первая и третья противоположныЕ стороны которого рэзвернутц под.углам 26,5 к плоскости вращения ротора, длинд стороны квадрата равна длина провала(и Вигдндэ, ось проволоки Виганда перпендикулярна плоскости вращения ротора, а плоскость вращения вершин углов, образованных первой и цетвертай сторонами поперечных сечений каждого из магнитов, проходит через середину проволоки Вига 51- да, второй вывод Гервай катушки и п 8 рвцй вывод второй катушки саединеы с общей точкой схемы формирования и апределенил направления врэценил, первый вывод первой катушки соединен с входом первого положительного одцаполугеоиодноговццрлмителя и входом второго отрицательного одцопалупериоднога вьпрямителл, второй вьвод второй катуееки соединен с входом первого отрицательного однополупериодцого выпрлмителл и входом второго положительного ОднополуперирадОго в 1- прлмителл, выход первого полокительеого Однаполупериодного выпрямителя и вьхадпарного отрицательного однаполупериадного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого ацалогавого сумматора, выход которогосоедлнэн с прямым входом первого кампардтара и инверсцьм входом второго кампа рдторэ, выход второго отрицательногооднапалупериоднаго выпрямителя и выход второго положительного однаполупериоднога вцпрлмигелл соединены соответственна с ервцм и вторым входами второго аналогового сумматора, выход которого соединен с инверсным входом третьего кам 25 30 35 до 45 50 паратора и прлмым входом четвертого комгаратс.рд, инверсныс входы первого и че;вертого кампараторов соединець с источникам Галокитель 1 Ого опорного напрлженил, а прямые входы второго и третьего кампарэторав соединены с истоникам отри 1 д8 лы 1 ОГО ОпарнОГО на п 1 яженил, выход первого кампаратора соединен с Я-вхоеом паевого триггера, первым входом элемента 2 ИЛИ и первым входом первого элемента 2 И, выход второго кампардтора саедице с Я-входом второг триггера и вторым входом второго элемента 2 И, вьхад третьего кампара-Орэ соединен с 1(-входом первого триггерд и вторьм входом элемента 2 ИЛИ, выход четвертого кампдрэторэ соединен с 1(-входом второго триггера. инверсный вьхад первого триггера соединен с гервцм гходом второго элемента 2 И, выход которого соединен с Я-входом третьего триггера, инверсный выход второго триггера соединен с Вторы;вхоДам пеовоГО элемеЕтд 2 И, выхоД которого соединен с Я-входам третьего триггера, вьхад которого лвллетсл вьходам "Направление", д выход элемента 2 ИЛИ лвляетсл выходом устройства,На фиг, 1 прйведена структурная схема устройста и взаимное распалокение его ме" анических частей, вид Д; на фиг, 2 - функциандльная схема СФОН; на фиг, 3 - временные диаграммы работы устройства, на которых приведены сыхадные сигцдль узлов и элементов (цифровой индекс в обозначении сигналов соответствует номеру элемента на фуцкцанэльнай схеме фиг. 2),Устройство длл определения параметров вращения содержит ротОр 1, по ободу котарага равномерно расположены паласа постоянных магнитов 2 чередующейсл полярности, проволоку Виганда 3 и размещенные коаксиально ей первую 4 и вторую 5 приемные катушки, схему 6 формирования и определения направления вращения (СФОН), состоящую из первого 7 и второго 10 положительных однополупериодных выпрямителей, первого 8 и второго 9 отрицательных однополупериодных выпрямителей, первого 11 и второго 12 аналоговых сумматоров, первого 13, второго 14, третьего 15 и четвертого 16 компараторов, первого 17, второго 18 и третьего 22 ЯЯ-триггеров, первого 19 и второго 20 элементов 2 И, элемента 2 ИЛИ 21, причем первая 4 и вторая 5 приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно центра проволоки Виганда 3, постоянные магниты 2 расположены на роторе 1 радиально, каждый из магнитов 2 представляет собой в поперечном сечении квадрат АВСР, первая АВ и третья СО противоположные стороны которого развернуты под углом а = 26,5 к плоскости вращения ротора 1, длина стороны квадрата АВСО равна длине проволоки Виганда 3, ось проволоки Виганда 3 перпендикулярна плоскости вращения ротора 1, а плоскость вращениявершин углов, образованных первой АВ и четвертой ОА сторонами поперечных сечений каждого из магнитов 2, проходит через середину проволоки Виганда 3, второй вывод первой катушки 4 и первый вывод второй катушки 5 соединены с общей точкой схемы 6 СФОН, первый вывод первой катушки 4 соединен с входом первого положительного однополупериодного выпрямителя 7 и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя 9, второй вывод второй катушки 5 соединены с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя 8 и входом второго положительного однополупериодного выпрямителя 10, выход первого положительного однополупериодного выпрямителя 7 и выход первого отрицательного однополупериодного выпрямителя 8 соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора 11, выход которого соединен с прямым входом первого компаратора 13 и инверсным входом второго компаратора 14, выход второго отрицательного однополупериодного выпрямителя 9 и выход второго положительного однополупериодного выпрямителя 10 соединены соответственно с первым и вторым входами второго аналогового сумматора 12, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратора 15 и прямым входом четвертого компаратора 16, инверсные входы первого 13 и четвер того 16 компараторов соединены с источником положительного опорного напряжения, а прямые входы второго 14 и третьего 15 компараторов соединены с источником отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора 13 соединен с Я- входом первого триггера 17, первым входом элемента 2 ИЛИ 21 и первым входом первого элемента 2 И 19, выход второго компаратора 14 соединен с Я-входом второго триггера 18 и вторым входом второго элемента 2 И, 20, выход третьего компаратора 15 соединен с Я-входом первого триггера 17 и вторым входом элемента 2 ИЛИ 21, выход 5 10 входом второго триггера 18, инверсный выход первого триггера 17 соединен с первым входом второго элемента 2 И 20, выход которого соединен с В-входом третьего триггера 22, инверсный выход второго триггера 18 20 соединен с вторым входом первого элемента 2 И 19, выход которого соединен с Я-входом третьего триггера 22, выход которого является выходом "Направление", а выход элемента 2 ИЛИ 21 является выходом устройства.устройство работает следующим образом.При вращении "Вперед" постоянные магниты 2, проходя мимо проволоки Виган 30 да 3 с катушками 4 и 5, вначале преимущественно воздействуют на правую половину проволоки Виганда 3 с катушкой 4 (примерная точка срабатывания проволоки Виганда 3 - точка а (фиг, 1, в результате чего перемагничивание проволоки Виганда 3 начинается с правого конца. а так как перемагничивание сердцевины проволоки Виганда 3 происходит за один скачок, то импульсы в катушке 4 всегда опережают 40 соответствующие импульсы в катушке 5 на время т, которое не зависит от скорости вращения ротора 1, После выпрямления с помощью положительных и отрицательных однополупериодных выпрямителей 7-10 выходные сигналы катушек 4 и 5 подаются на сумматоры 11 и 12; положительная часть сигнала от катушки 4 и отрицательная от катушки 5 подаются на сумматор 11, отрицательная от катушки 4 и голожительная от катушки 5 - на сумматор 12, Так как катушки 50 4 и 5 работают в противофазе, то выходные импульсы сумматоров итлеют вид 011; 012, "Вперед" (фиг, 3), На выходе сумматора 11 положительный импульс опережает отрица 55 тельный на время т, а на выходе сумматора 12 отрицательный импульс опережает положительный на время т. Кроме того, в сумматорах11 и 12 происходит взаимная 15 четвертого компаратора 16 соединен с В.10 30 40 компенсация помех, наводимых в катушках 4 и 5 изменяющимся магнитным полем.При вращении "Назад" перемэгничивание проволоки Вигэнда 3 начинается с левого конца (примерная точка срабатывания проволоки Виганда 3 - точка б (фиг, 1, а импульсы в катушке 5 опережают на время Т соответствующие импульсы в катушке 4, Теперь на выходе сумматора 11 отрицательный импульс опережает положительный на время т, а на выходе сумматора 12 положительный импульс опережает отрицательный на время т(011, 012; "Назад", фиг. 3). Далее при вращении "Вперед" выходные импульсы компараторов 13 и 15 опережают соответственно выходные импульсы компарэторов 14 и 15, Таким образом, переходы триггера 17 на инверсном вьходе из состояния "Лог, 1" в состояние "Лог. О" и наоборот происходят раньше, чем аналогичные переходы триггера 18, в результате чего импульсы с выхода компэратора 13 проходят через элемент 19 на Я-вход триггера 22, а п,од импульсов с выхода компарэтора 14 через элемент 20 на В-вход триггера 2 блокируется, поэтому триггер 22 устойчиво находится в состоянии "Лог, 1", что соответствует направлению вращения "Вперед" (фиг, 3, "Вперед" ). При вращении "Назад" имеем обратную ситуацию, в результате чего триггер 22 устойчиво находится в состоянии "Лог, О", что соответствует направлению вращения "Назад" фиг. 3, "Назад" ), . На вьход устройства в любом случае поступают импульсы с компараторов 13 и 15, соответствующие импульсам катушки 4, частота следования которых пропорциональна частоте вращения ротора 1 013, 015, 021; фиг, 3).Предлагаемое устройство по сравнению с известным определяет не только скорость, но и направление вращения, В устройстве используется только ода проволока Виганда, работающая в симметричном режиме перемагничивания, и две катушки, каждая из которых является не только приемной, но, благодаря выпрямителями сумматорам, и компенсационной. Схема СФОН реагирует нэ прохождение каждого магнита и ее работа не зависит от интервала времени между положительными и отрицательными импульсами, взаимное расположение которых определяется направлением вращения, поэтому она пригодна и при использовании двух модулей Виганда (модуль - проволока с катушками); модули необходимо разнести на некоторое расстояние, на котором не сказывается разброс порогов срабатывания проволок Виганда. Формула изобретения Устройство для определения параметров вращения, содержащее ротор, по ободу которого равномерно расположены полюса постоянных магнитов чередующейся полярности, проволоку Виганда и размещенную коаксиэльно ей первую приемкуо катушку, о т л и ч э ю щ е е с я тем, что, с целью расширени 5 функциональных возможностей путем определения направления вращения, в него введены вторая приемная катушка, схема формирования и определения направления вращения, состоящая из первого и второго положительных однополупериодных выпрямителей, первого и второго отрицательных однополупериодных выпрямителей, первого и второго аналоговых сумматоров, первого, второго, третьего и четвертого компараторов, первого, второго и третьего КЯ-триггеров, первого и второго элементов 2 И, элемента 2 ИЛИ,причем первая и вторая приемные катушки идентичны и расположены симметрично по обе стороны относительно центра проволоки Виганда, постоянные магниты расположены на роторе радиально, каждый из магнитов представляет собой в поперечном сечении квадрат, первая и третья противоположные стороны которого развернуты под углом 26,5" к плоскости вращения ротора, длина стороны квадрата равна длине проволоки Вигэнда, ось проволоки Виганда перпендикулярна к плоскости вращения ротора, а плоскость вращения вершин углов,образованных первой и четвертой сторонами поперечных сечений каждого из магнитов, проходит через середину проволоки Виганда, второй вывод первой катушки и первьй вывод второй катушки соединены с общей точкой схемы формирования и определения направления вращения, первый вывод первой катуцки соединен с входом первого положительного однополупериодного выпрямителя и входом второго отрицательного однополупериодного выпрямителя, второй вывод второй катушки соединен с входом первого отрицательного однополупериодного выпрямителя и входом второго положительного однополупериодного выпрямителя, вьход первого положительного однополупериодного выпрямителя и выход первого отрицательного однополупериодного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым входами первого аналогового сумматора, выход которого соединен с прямым входом первого компаратора и инверсным входомвторого компаратора, выход второго отрицательного однополупериодного выпрямителя и выход второго, положительного однополупериодного выпрямителя соединены соответственно с первым и вторым 5 входами второго аналогового сумматора, выход которого соединен с инверсным входом третьего компаратора и прямым входом четвертого компаратора, инверсные входы первого и четвертого компараторов соеди нены с источником положительного опорного напряжения, а прямые входы второго и третьего компараторов соединены с источником отрицательного опорного напряжения, выход первого компаратора соединен 15 с Я-входом первого ВБ-триггера, первым входом элемента 2 ИЛИ и первым входом первого элемента 2 И, выход второго компаратора соединен с 5-входом второго ВЗ- триггера и вторым входом второго элемента 2 И, выход третьего компаратора соединен с В-входом первого ВЯ-триггера и вторым входом элемента 2 ИЛИ, выход четвертого компаратора соединен с В-входом второго ВЯ-триггера, инверсный выход первого ВЯ- триггера соединен с первым входом второго элемента 2 И, выход которого соединен с В-входом третьего ВЗ-триггера, инверсный выход второго ВЯ-триггера соединен с вторым входом первого элемента 2 И, выход которого соединен с Я-входом третьего ВЗ. триггера, выход которого является выходом "Направление", а выход элемента 2 ИЛИ яв ляется выходом устройства,Заказ 2766 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенилм и открытилм при ГКНТ 113035, Москва, )К, Раушскал наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Прои Х Е 1