20.06.2018
218.016.6509

Фазовый датчик линейных перемещений

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002658131
Дата охранного документа
19.06.2018
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для преобразования линейного перемещения в пропорциональный ему фазовый сдвиг между выходным напряжением и опорным напряжением генератора. Сущность: фазовый датчик содержит неподвижную линейку, на которой размещена многофазная плоская многополюсная обмотка, подключенная к многофазному генератору электрического напряжения. Обмотка представляет собой вложенные друг в друга секции по числу фаз, намотанные на линейку в прямом и обратном направлении со смещением на полпериода. Измерительный элемент в виде разомкнутого магнитопровода с однофазной обмоткой расположен над линейкой с возможностью перемещения. Технический результат: повышение точности измерения и технологичности изготовления. 8 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в каналах обратной связи замкнутых позиционных систем автоматического управления для воспроизведения пространственных координат, например, в станках с числовым программным управлением, крупногабаритных промышленных роботах и манипуляторах.

Известны фазовые датчики для измерения линейных перемещений (авт. свид. СССР №392539, №830118) с использованием информационных линеек с размещенными на них обмотками. Например, в линейных индуктосинах на изоляционную основу неподвижной части наносятся печатным способом одну или две обмотки, сдвинутые на четверть периода и имеющие форму меандра. На измерительной подвижной части располагаются соответственно две или одна печатные обмотки.

Недостаток таких датчиков заключается в использовании формы витков информационной линейкой в виде меандра, при котором реализация многофазной обмотки для создания бегущего поля затруднена ввиду неизбежных пересечений проводников.

Известен фазовый датчик с бегущим полем по пат. РФ №2272244, в котором бегущее поле формируется двух- или трехфазными обмотками, уложенными в пазы линейного магнитопровода. На неподвижной части располагаются синусная и косинусная обмотки, размещенные на явно выраженных полюсах. Число витков на каждом полюсе должно быть строго определенным и изменяемым по синусоидальному закону. На этих же полюсах располагается неподвижная измерительная обмотка с одинаковым числом витков на каждом полюсе. Выходной сигнал формируется с помощью магнитного шунта, который может перемещаться вдоль линейки. Недостатком такого датчика является технологическая сложность при изготовлении магнитопровода и обмоток.

По технической сущности наиболее близким к заявленному устройству является линейный сельсин по авт. свид. СССР №304562, принятый за прототип. На неподвижной части расположена трехфазная обмотка, уложенная в пазы магнитопровода, являющегося телом вращения. Числа витков обмоток, уложенных в пазы каждой фазы вдоль магнитопровода, соответствуют синусоидальному закону. На подвижной части расположен магнитопровод с однофазной обмоткой, охватывающей неподвижную часть.

Недостатком является технологическая сложность выполнения магнитопровода и обмоток, особенно при большой длине перемещения. Для обеспечения синусоидального закона изменения индукции вдоль магнитопровода необходимо обеспечить точное число витков по пазам, меняющееся по синусоидальному закону. Так как число витков может быть только целым, то имеет место методическая погрешность воспроизведения синусоидального закона. Такую же погрешность имеют приведенные выше устройства - аналоги.

Целью данного изобретения является повышение точности и технологичности датчиков линейных перемещений.

Поставленная цель достигается тем, что датчик, содержащий неподвижную линейку, на которой размещена многофазная обмотка, подключенная к многофазному генератору электрического напряжения, и подвижную часть в виде разомкнутого магнитопровода с однофазной обмоткой, расположенную над линейкой, в котором, согласно изобретению, многофазная обмотка выполнена в виде вложенных друг в друга плоских секций по числу фаз, каждая из которых образована путем намотки на линейку обычного провода в прямом и обратном направлениях с одинаковым шагом, при этом намотка в обратном направлении осуществлена со смещением на полпериода так, что участки проводников, формирующие активные контура полюсов каждой отдельной фазы, сохраняют ромбовидную форму.

На фиг. 1 приведено устройство-прототип; на фиг. 2 - плоская линейка с однофазной обмоткой; на фиг. 3 - плоская линейка с трехфазной обмоткой, секции которой вложены друг в друга в одной плоскости; на фиг 4 - обмотки нескольких датчиков, соединенные последовательно в общую звезду; на фиг. 5 - взаимное расположение подвижной и неподвижной частей фазового датчика; на фиг. 6 - размещение информационной линейки на несущей раме деревообрабатывающего станка длиной 2200 мм; на фиг. 7 - фрагмент обмотки на линейки (без защитного покрытия); на фиг. 8 - расположение неподвижной и подвижной частей датчика на упомянутом станке.

Конструкция прототипа содержит неподвижный 1 магнитопровод, в пазах которого уложена трехфазная обмотки 2, и подвижный 3 магнитопровод с обмоткой 4. Принцип работы известных устройств переменного тока, имеющих многофазные обмотки, одинаков. Например, в прототипе (фиг. 1) поданное на обмотку 4 подвижной части переменное напряжение наводит ЭДС в фазные обмотки 2, по амплитудам которых можно однозначно определить положение подвижной части в пределах одного полюсного деления обмоток фаз. Линии индукции магнитного поля замыкаются через неподвижный магнитопровод 1. Известно что все электрические машины обратимы: питающее напряжение можно подавать на неподвижные фазные обмотки, а информацию снимать с обмотки подвижной части. В современной автоматике сельсины, вращающиеся трансформаторы, индуктосины и родственные им устройства наиболее часто используются в режиме фазовых датчиков: на неподвижную многофазную обмотку подают симметричное многофазное напряжение с соответствующим числом фаз и формируют вращающееся или бегущее магнитное поле. Обмотка 4 подвижной части, чаще однофазная, измеряет ЭДС, значение модуля которой остается неизменным, а значение фазы однозначно отображает координату подвижной части в пределах одного полюсного деления. Такой принцип предпочтительнее, так как фаза является наиболее удобным и естественным параметром для дальнейшей цифровой обработки.

В предлагаемом устройстве неподвижные обмотки не имеют собственного магнитопровода, их наматывают на плоскую линейку 5 из изоляционного материала. На фиг. 2 показана обмотка 6 одной фазы. Ее наматывают сначала в прямом, затем в обратном направлении с одинаковым шагом L прямыми участками, поэтому витки образуют треугольную форму с вершинами 7. В конце линейки 5 намотку начинают в обратном направлении таким образом, чтобы вершины 8 ее треугольников оказались напротив вершин 7 прямого направления, то есть для этого витки прямого и обратного направлений сдвигают на полпериода, образуя ромбовидные контуры 9. При этом направления плотностей токов соседних контуров оказываются противоположными, как показано круглыми стрелками на фиг. 2. Противоположными будут и магнитные полюса соседних контуров.

На фиг. 3 показана трехфазная обмотка, секции 10 которой вложены друг в друга в одной плоскости. Секции соединяются в треугольник или звезду. Важным качеством такой конфигурации обмоток является технологическая простота обеспечения геометрического равенства конфигураций фаз, и, следовательно, идентичность электрических параметров. Это повышает точность всего устройства.

Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто простым увеличением числа фаз. Очевидно, что максимальное число фаз будет ограничено минимально возможным диаметром намоточного провода. Кроме того, при данном способе укладки обмоток перекрещивание электрических связей, как это имеет место при «меандровой» укладке, отсутствует, что повышает технологичность изготовления и эксплуатационную надежность устройства. Наличие промежутков между проводниками исключает межвитковое замыкание. Линейка достаточно легко монтируется на криволинейную поверхность.

Для обеспечения преобразований линейных перемещений по нескольким координатам, например в многокоординатной автоматической системе, обмотки нескольких датчиков могут быть соединены параллельно или последовательно в соответствии с правилами соединения многофазных схем. Например, на фиг. 4 приведена схема двух датчиков 11 и 12, соединенных в общую звезду.

Измерительный элемент, т.е. подвижная часть предлагаемого устройства, представляет собой трансформатор с разомкнутым магнитопроводом 13 П- или Ш-образной формы, размещенным над линейкой 5. Расстояние между полюсами равно половине (или близко к ней) шага обмотки L (фиг. 2). Взаимное расположение подвижной и неподвижной частей датчика приведено на фиг. 5. Текстолитовая или пластмассовая информационная линейка 5 с многофазной обмоткой 14 наклеивается непосредственно на несущую конструкцию объекта 15, например автоматической системы, через изоляционную прокладку 16. Поверх линейки 5 наклеивается защитное покрытие 17 из текстолита или пластмассы. Магнитопровод 13 содержит однофазную обмотку 18. Магнитное поле, создаваемое многофазной обмоткой 14, замыкается через конструкцию объекта 15 и магнитопровод 13, расположенный на подвижной части системы. При питании многофазной обмотки симметричной системой многофазных напряжений создается бегущее магнитное поле, которое наводит в однофазной обмотке 18 подвижной части ЭДС постоянной амплитуды и фазой, значение которой пропорционально линейному перемещению подвижной части относительно неподвижной. Преобразование фазы сигнала в обмотке 18 в сигнал управления, например постоянное напряжение, производится известными широко применяемыми схемотехническими средствами.

Апробация устройства проведена на многокоординатном деревообрабатывающем станке с числовым программным управлением. Трехфазное напряжение в виде сдвинутых на угол 120 град, меандров вырабатывается микропроцессорной системой управления станком. После усиления оно подается через согласующий трансформатор на несколько датчиков по числу координат системы, включенных, например, по схеме на фиг. 4. Информационным параметром является фаза первой гармоники в обмотке трансформатора, которая выделяется фильтрацией. При «меандровой» форме напряжений в многофазной обмотке 14 сигнал в однофазной обмотке 18 будет иметь ступенчато-синусоидальную форму. Как известно из теории трехфазных систем, третья гармоника и кратные ей при симметричной системе напряжений отсутствуют, поэтому фильтрация первой гармоники упрощается. Предлагаемая конструкция позволяет технологически просто увеличить число фаз, а создание многофазной системы меандров для микропроцессорной системы не представляет трудностей. Это повышает синусоидальность выходного сигнала в однофазной обмотке 18 датчика за счет увеличения числа его ступеней, следовательно, повышается точность воспроизведения фазы и упрощается фильтрация.

На фиг. 6 показана установка линейки на несущую раму станка с длиной 2200 мм, на фиг. 7 фрагмент обмотки информационной линейки (защитное покрытие не установлено). Шаг обмотки 14 составляет 36 мм, поэтому функционально такой датчик идентичен многополюсной электрической машине или многооборотному датчику с вращающимся полем. Эти устройства широко используются в современной автоматике. На фиг 8 показано взаимное расположение подвижной и неподвижной частей датчика.

Магнитопровод 13 трансформатора располагается на расстоянии 1-5 мм от поверхности линейки 5. Изменение расстояния в процессе работы влияет только на амплитуду сигнала в обмотке 18 трансформатора и практически не влияет на его фазу. Мало влияет также угловое и поперечное смещение в плоскости линейки 5. Надежная механическая защита и жесткость крепления частей датчика на элементах конструкции системы обеспечивает стабильность параметров и высокую эксплуатационную надежность всей системы с датчиками данного типа.

Предлагаемое изобретение выгодно отличается от устройства-прототипа за счет достижения следующих положительных качеств:

- высокая технологичность изготовления устройства, особенно при большой длине информационной линейки;

- увеличение точности воспроизведения требуемой конфигурации магнитного поля достигается простым добавлением числа фаз многофазной обмотки;

- высокая эксплуатационная надежность устройства за счет отсутствия перекрещивающихся электрических связей и наличия изоляционных промежутков как между витками, так и фазами;

- технологичность монтажа на конструкции автоматических устройств (станков, роботов, манипуляторов);

- возможность монтажа на криволинейные поверхности.

Фазовый датчик линейных перемещений, содержащий информационную линейку с расположенной на ней многофазной обмоткой, подвижный измерительный элемент в виде трансформатора, разомкнутый магнитопровод которого расположен над линейкой, отличающийся тем, что разные фазы многофазной обмотки расположены в одной плоскости, причем витки каждой из фаз имеют треугольную форму и намотаны на линейку в прямом и обратном направлениях с одинаковым периодом таким образом, что активные контура полюсов каждой из фаз имеют ромбовидную форму.
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Фазовый датчик линейных перемещений
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-6 из 6.
29.12.2017
№217.015.f92c

Подъемно-катковый механизм

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к подъемно-катковым механизмам. Подъемно-катковый механизм содержит катковый механизм с приводом вращения роликовых опор, закрепленных на оконечностях двух валов, осуществляющий взаимодействие колесной пары с рельсами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639835
Дата охранного документа: 22.12.2017
19.01.2018
№218.016.0b10

Разъемный соленоид

Изобретение относится к испытанию колесных пар железнодорожного транспорта. Разъемный соленоид выполнен в виде витков из широкополосной шины, разделенных по диаметру на подвижную и неподвижную секции. Смежные концы полувитков сочленены с одной стороны шарнирно, а с другой разъемно. Разъемный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632369
Дата охранного документа: 04.10.2017
19.01.2018
№218.016.0b47

Гомогенизатор

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при монтаже буксовых узлов колесных пар подвижного состава. Предложен гомогенизатор, в котором поставляемая в депо бочка со смазкой целиком вовлечена в технологический процесс в качестве основного функционального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632392
Дата охранного документа: 04.10.2017
26.07.2018
№218.016.752e

Устройство регистрации и счета зубьев зубчатого колеса

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано в установках автоматизированного неразрушающего контроля зубчатых колес. Предложено устройство для регистрации и счета зубьев зубчатого колеса, например, в локомотивной колесной паре. Регистрация и счет зубьев...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002662304
Дата охранного документа: 25.07.2018
01.09.2018
№218.016.81cd

Способ определения местоположения диэлектрического промежутка в электропроводящем объекте и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для местонахождения межламельного промежутка коллектора электрической машины постоянного тока, например, при восстановлении тяговых двигателей в условиях ремонтного производства электровозного депо. Предложенный способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665592
Дата охранного документа: 31.08.2018
12.08.2019
№219.017.bece

Способ очистки технологической воды и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к переработке жидких щелочных нефтесодержащих отходов. Способ очистки технологической воды включает отстаивание, удаление неводных фракций и последующий отбор водной фазы с ее дистилляцией. Слой водной фазы отделяют при ее отстое путем контроля значений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696694
Дата охранного документа: 05.08.2019
Показаны записи 1-10 из 25.
20.08.2013
№216.012.5fc9

Способ дистанционного обнаружения изменения состояния рельсового пути перед движущимся поездом

Изобретение относится к контролю безопасности рельсового пути и предназначено для дистанционного обнаружения отклонений его параметров от нормальных, вызванных нарушением структуры рельсов и появлением опасных объектов в полотне. В способе осуществляют регистрацию виброакустических импульсов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490153
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.05.2015
№216.013.4f0a

Устройство для восстановления центровых отверстий осей

Устройство для восстановления центровых отверстий осей предназначено для колесных пар подвижного состава. На корпусе устройства смонтированы приводы вращения, подачи и кулачковый патрон, в котором подвижно установлен шпиндель с закрепленным на нем режущим инструментом. Кулачковый патрон...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551752
Дата охранного документа: 27.05.2015
10.01.2016
№216.013.9f65

Боковая рама тележки грузового вагона

Изобретение относится к железнодорожной технике, а именно к элементам двухосных трехэлементных тележек подвижного состава. Боковая рама тележки грузового вагона содержит в проемах буксовые узлы и имеет подбуксовые предохранители. Предохранители выполнены в виде подбуксовых скоб. Рама дополнена...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572442
Дата охранного документа: 10.01.2016
20.03.2016
№216.014.cae8

Конструкция соединения буксового узла с рамой тележки грузового вагона

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и касается двухосных трехэлементных тележек подвижного состава. Конструкция соединения буксового узла с рамой тележки грузового вагона содержит в буксовых проемах буксовые узлы и подбуксовые предохранители, установленные между концевыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577815
Дата охранного документа: 20.03.2016
13.01.2017
№217.015.7e61

Стенд магнитопорошкового контроля зубчатых колес

Стенд содержит индуктор, смонтированный на портале, привод ротации колесной пары, снабженный взаимодействующим с гребнями колес катковым механизмом, устройство нанесения магнитного индикатора, регистратор зубьев, блок управления и узел подвода индуктора. Устройство нанесения магнитного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601295
Дата охранного документа: 27.10.2016
26.08.2017
№217.015.dec4

Способ контроля накипеобразования на стенках теплоагрегатов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерениям в области теплотехники. Сущность: способ основан на измерении толщины отложений накипи на стенках теплоагрегата путем сравнения электрических сопротивлений слоев воды с отложениями накипи и просто воды в емкости теплоагрегата. Текущие значения измеренных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624982
Дата охранного документа: 11.07.2017
29.12.2017
№217.015.f92c

Подъемно-катковый механизм

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к подъемно-катковым механизмам. Подъемно-катковый механизм содержит катковый механизм с приводом вращения роликовых опор, закрепленных на оконечностях двух валов, осуществляющий взаимодействие колесной пары с рельсами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002639835
Дата охранного документа: 22.12.2017
19.01.2018
№218.016.0b10

Разъемный соленоид

Изобретение относится к испытанию колесных пар железнодорожного транспорта. Разъемный соленоид выполнен в виде витков из широкополосной шины, разделенных по диаметру на подвижную и неподвижную секции. Смежные концы полувитков сочленены с одной стороны шарнирно, а с другой разъемно. Разъемный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632369
Дата охранного документа: 04.10.2017
19.01.2018
№218.016.0b47

Гомогенизатор

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и может быть использовано при монтаже буксовых узлов колесных пар подвижного состава. Предложен гомогенизатор, в котором поставляемая в депо бочка со смазкой целиком вовлечена в технологический процесс в качестве основного функционального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002632392
Дата охранного документа: 04.10.2017
13.02.2018
№218.016.2031

Устройство для восстановления утраченных форм кузова полувагона

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к оснастке для ремонта вагонов. Устройство для восстановления утраченных форм кузова полувагона содержит П-образный балочный каркас (1), выполненный с возможностью подвешивания к цеховому мостовому крану и размещения передней и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002641383
Дата охранного документа: 17.01.2018

Похожие РИД в системе