Бесконтактный датчик перемещений

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Строк Евгений Яковлевич Бельчик Леонид Демьянович Клюев Александр Илларионович Грозный Владимир Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси(57) Бесконтактный датчик перемещений, содержащий разомкнутый магнитопровод Ш-образного сечения, генераторную обмотку и измерительную обмотку, размещенную на центральной части магнитопровода, который взаимодействует посредством магнитных потоков с электропроводным объектом из немагнитного материала, расположенным со стороны разомкнутого участка, отличающийся тем, что генераторная обмотка охватывает периферийную часть магнитопровода. 45212008.08.30 Полезная модель относится к области измерений линейных и угловых перемещений, в частности к конструкциям датчиков, принцип действия которых основан на электрических и магнитных явлениях, и может найти применение в системах контроля и управления. Известен индуктивный преобразователь линейных перемещений, содержащий плоскую катушку индуктивности и установленный параллельно плоскости с возможностью перемещения под углом к ее оси электропроводный экран, выполненный из немагнитного материала 1. Действие преобразователя основано на изменении комплексного сопротивления катушки под действием вихревых токов, наводимых ей в экране. При перемещении экрана одновременно изменяются и зазор между ним и катушкой, и площадь их взаимного перекрытия, что увеличивает чувствительность преобразователя. Недостатком преобразователя является необходимость высокой частоты тока питания и низкая помехозащищенность, так как требуется высокое усиление для выходного сигнала. Погрешность такого датчика вызывается колебаниями напряжения, частоты питания и температуры. Известно также устройство для измерения линейных и угловых перемещений, которое содержит генераторную обмотку и две пары катушек с измерительной обмоткой 2. Выходной величиной устройства является электродвижущая сила, возникающая в измерительной обмотке при приближении к нему электропроводного объекта. Для измерения угловых перемещений генераторная обмотка выполнена в виде круга, катушки измерительной обмотки и электропроводный объект выполнены в виде полукругов. С целью снижения постоянной составляющей выходного сигнала и увеличения чувствительности обмотки датчика подключены по дифференциально-трансформаторной схеме. Кроме того, к недостаткам датчика можно отнести чувствительность к близлежащим металлическим массам. Наиболее близким аналогом по совокупности существенных признаков является индуктивный датчик близости 3. Датчик состоит из разомкнутого ферромагнитного магнитопровода, состоящего из трех коаксиально расположенных фрагментов Ш-образного сечения с общей центральной частью, на которой размещены генераторная и две измерительные обмотки, включенные по дифференциальной схеме. При этом периферийная часть магнитопровода представляет собой разновысокие стаканы, края которых находятся в одной плоскости с торцем центральной части. Причем генераторная обмотка расположена на центральной части магнитопровода внутри стакана малого диаметра вблизи указанной плоскости, а измерительные обмотки находятся внутри двух остальных стаканов. При подаче сигнала на генераторную обмотку в центральной и периферийной частях магнитопровода возникают магнитные потоки, которые индуцируют в измерительных обмотках полезный сигнал. Из-за перераспределения указанных магнитных потоков при приближении к разомкнутому участку магнитопровода объекта из электропроводного немагнитного материала происходит изменение полезного сигнала. При этом магнитный поток, проходящий через центральную часть магнитопровода, практически не изменяется и остается постоянным. Вследствие того, что измерительные обмотки находятся на одном сердечнике с генераторной обмоткой, выходной сигнал датчика имеет высокую постоянную составляющую, что снижает его чувствительность и требует использования сложных дифференциальных схем подключения. В этом случае величина полезной составляющей выходного сигнала невелика относительно начального уровня. Задачей настоящей полезной модели является повышение чувствительности датчика за счет пространственного разделения магнитных потоков в магнитопроводе, что практически исключает постоянную составляющую выходного сигнала. 2 45212008.08.30 Решение указанной задачи реализовано в конструкции бесконтактного датчика перемещений, содержащего разомкнутый магнитопровод Ш-образного сечения, генераторную обмотку и измерительную обмотку, размещенную на центральной части магнитопровода,который взаимодействует посредством магнитных потоков с электропроводным объектом из немагнитного материала, расположенным со стороны разомкнутого участка. В предлагаемом техническом решении генераторная обмотка охватывает периферийную часть магнитопровода. Использование магнитопровода Ш-образного сечения, периферийную часть которого охватывает генераторная обмотка, приводит к повышению чувствительности датчика за счет эффекта экранирования магнитного потока, проходящего через центральную часть магнитопровода с измерительной обмоткой, при приближении к его разомкнутому участку электропроводного объекта из немагнитного материала. Полезная модель поясняется фигурой, на которой изображена конструкционная схема бесконтактного датчика перемещений и взаимное расположение силовых линий магнитных потоков при перемещении электропроводного объекта из немагнитного материала относительно магнитопровода. Бесконтактный датчик перемещений содержит разомкнутый магнитопровод, имеющий Ш-образное сечение с периферийной 1 и центральной 2 частями, на которых размещены соответственно генераторная обмотка 3 и измерительная обмотка 4. Со стороны разомкнутого участка магнитопровода находится электропроводный объект 5 из немагнитного материала. Генераторная обмотка 3 и измерительная обмотка 4 подключены соответственно к генератору 6 и вольтметру 7. Бесконтактный датчик перемещений работает следующим образом. На генераторную обмотку 3 подается сигнал от генератора 6, который создает магнитный поток, силовые линии которого 8 и 9 проходят соответственно через центральную часть 2 и периферийную часть 1 магнитопровода. При приближении к разомкнутому участку магнитопровода электропроводного объекта 5 из немагнитного материала магнитный поток, проходящий через центральную часть 2 указанного магнитопровода, из-за значительного увеличения магнитного сопротивления уменьшается до нуля, т.е. силовые линии 8 исчезают, а величина магнитного потока в периферийной части 1 магнитопровода, через которую при этом проходят силовые линии 9, практически не изменяется. В этом случае взаимная индуктивность генераторной 3 и измерительной 4 обмоток варьируется в широких пределах, что позволяет получать высокие амплитуды выходного сигнала, который регистрируется с помощью вольтметра 7. Предложенная полезная модель позволяет повысить чувствительность бесконтактного преобразователя и его помехоустойчивость при измерении перемещений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3