Датчик для измерения угловых перемещений
Полезная модель относится к устройствам для абсолютных измерений угловых перемещений объектов бесконтактным методом, например, зубчатых колес, в условиях повышенных механических и климатических нагрузок. Устройство включает составной подвижный модуль 1 и магнитный преобразователь 8. Модуль 1 содержит зубчатое колесо 2 и дополнительное зубчатое колесо 5. Преобразователь 8 имеет возможность дистанционного, совокупного взаимодействия с венцом 3 колеса 2 и дополнительным венцом 6 колеса 5. Колесо 5 установлено соосно с колесом 2 и жестко связанно с ним. Венец 6 расположен в плоскости параллельной венцу 3. Число зубьев 4 в венце 3 отличается на единицу от числа зубьев 7 в венце 6. Преобразователь 8 установлен в корпусе 9, в котором размещена плата обработки 10, соединенная с двумя магниточувствительными элементами 11 и двумя дополнительными магниточувствительными элементами 12, сопряженными с зубьями 4 и зубьями 7. В корпусе 9 размещен единый постоянный магнит 13, расположенный между платой 10 и элементами 11 и 12, на котором установлены два элемента 11 и два элемента 12, при совокупном сопряжении с модулем 1. Расстояния между элементами 11 и 12 одинаковы. Техническое решение позволяет расширить функциональность устройства, повысить эксплуатационные и технологические возможности, 3 ил.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для абсолютных измерений угловых перемещений объектов бесконтактным методом, например, зубчатых колес, в условиях повышенных механических и климатических нагрузок.
Известно устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее корпус, датчик угла в виде магнитного энкодера, имеющий вал с опорой в виде подшипника скольжения, магнит и плату обработки, и зубчатое колесо, закрепленное на валу магнитного энкодера, RU 
94332 U1, G01C 9/06, 20.05.2010.
В известном устройстве отсутствует возможность считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса дистанционно и непосредственно с его венца.
В известном устройстве последовательное расположение зубчатого колеса, магнита и платы обработки увеличивает его габариты вдоль оси вращения и снижает эксплуатационные возможности.
Известен датчик вращения зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, магниточувствительный элемент на эффекте Холла, постоянный магнит в виде прямоугольного параллелепипеда, подвижный сердечник с резьбой, установленный соосно с магниточувствительным элементом, RU 84567 U1, G01B 7/14, G01B 7/30, G01P 1/02, G01P 3/488, 10.07.2009.
Известное устройство не обеспечивает возможности считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса, так как в его конструкции имеется только один магниточувствительный элемент, что снижает функциональные возможности датчика.
Известен преобразователь угла поворота вала в последовательность электрических импульсов, включающий подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь с магниторезистивными элементами, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU 80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009.
Известное устройство не позволяет определять абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса.
Электронный блок в известном устройстве расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.
Известно устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с венцом, и постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами, RU 104693, U1, G01B 7/00, 20.05.2011.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Устройство ближайшего аналога обладает простой конструкцией и используется в жестких климатических и механических условиях эксплуатации.
В ближайшем аналоге магниточувствительные элементы расположены параллельно венцу зубчатого колеса и выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равную
р·(1/4+n),
где р - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое).
Однако ближайший аналог не имеет возможности определения абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса, а это снижает его функциональные и эксплуатационные возможности особенно при прерывании сетевого питания устройства, когда происходит сбой значений угла поворота.
Кроме того, в ближайшем аналоге каждый магниточувствительный элемент установлен на собственном магните, что увеличивает число деталей, усложняет ориентацию и установку магнитов на плату обработки, усложняет сборку и снижает технологические возможности.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей расширить функциональность устройства, повысить эксплуатационные и технологические возможности.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в обеспечении измерений абсолютных значений угла поворота подвижного модуля за счет выполнения подвижного модуля составным и снабжения магнитного преобразователя магниточувствительными элементами, сопряженными с составным подвижным модулем.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя.
Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе.
Внутри корпуса размещена плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями венца.
Внутри корпуса размещен постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами.
Подвижный модуль выполнен составным и содержит дополнительное зубчатое колесо, установленное соосно с зубчатым колесом и жестко связанное с ним.
Дополнительный венец дополнительного зубчатого колеса расположен в плоскости параллельной венцу зубчатого колеса.
Число зубьев в венце отличается на единицу от числа зубьев в дополнительном венце.
Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного совокупного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и дополнительным венцом дополнительного зубчатого колеса.
Магнитный преобразователь снабжен дополнительными магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями дополнительного венца.
На постоянном магните в плоскости венца и дополнительного венца, установлены два магниточувствительных элемента и два дополнительных магниточувствительных элемента, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем, выполненным составным.
При этом расстояния между магниточувствительными элементами и дополнительными магниточувствительными элементами одинаковы.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг.1 - Устройство для измерения угловых перемещений, разрез;
на фиг.2 - Разрез А-А на фиг.1;
на фиг.3 - Разрез Б-Б на фиг.1.
Устройство для измерения угловых перемещений содержит:
Подвижный модуль - составной - 1.
Зубчатое колесо (модуля 1) - 2,
венец (колеса 2) - 3,
зубья (венца 3) - 4.
Дополнительное зубчатое колесо (модуля 1) - 5,
дополнительный венец (колеса 5) - 6,
зубья (венца 6) - 7.
Магнитный преобразователь - 8,
корпус (преобразователя 8) - 9,
плату обработки (в корпусе 9) - 10,
магниточувствительные элементы (сопряженные с зубьями 4) - 11,
дополнительные магниточувствительные элементы (сопряженные с зубьями 7) - 12,
постоянный магнит (между платой 10 и элементами 11, 12) - 13.
Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль 1 и магнитный преобразователь 8.
Составной подвижный модуль 1 содержит зубчатое колесо 2 и дополнительное зубчатое колесо 5.
Магнитный преобразователь 8 имеет возможность дистанционного, совокупного взаимодействия с венцом 3 зубчатого колеса 2 и дополнительным венцом 6 дополнительного зубчатого колеса 5.
Дополнительное зубчатое колесо 5 установлено соосно с зубчатым колесом 2 и жестко связанно с ним.
Дополнительный венец 6 дополнительного зубчатого колеса 5 расположен в плоскости параллельной венцу 3 зубчатого колеса 2.
Число зубьев 4 в венце 3 отличается на единицу от числа зубьев 7 в дополнительном венце 6.
Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь 8, установленный в корпусе 9.
Внутри корпуса 9 размещена плата обработки 10, соединенная с двумя магниточувствительными элементами 11 и двумя дополнительными магниточувствительными элементами 12, которые сопряжены с зубьями 4 венца 3 и зубьями 7 дополнительного венца 6, соответственно.
Магниточувствительные элементы 11 и дополнительные магниточувствительные элементы 12 смещены друг относительно друга на
величину равную
р·(1/4+n),
где р - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое).
Плата обработки 10 содержит электроэлементы (показаны условно), участвующие в обработке электрических сигналов, идущих с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 (микроконтроллер, резисторы, конденсаторы).
Внутри корпуса 9 размещен постоянный магнит 13, расположенный между платой обработки 10 и магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12.
На постоянном магните 13 в плоскости венца 3 и дополнительного венца 6, установлены два магниточувствительных элемента 11 и два дополнительных магниточувствительных элемента 12, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем 1, выполненным составным.
Расстояния между магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12 одинаковы.
Каждый из магниточувствительных элементов 11 и 12 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла.
Устройство для измерения угловых перемещений осуществляет измерения следующим образом.
При вращении зубчатого колеса 2 подвижного модуля 1 с зубчатым венцом 3 изменяется плотность магнитного потока в зоне магниточувствительных элементов 11, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах магниточувствительных элементов 11 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу зубьев 4 на венце 3.
При вращении дополнительного зубчатого колеса 5 подвижного модуля 1 с дополнительным венцом 6 изменяется плотность магнитного потока в зоне дополнительных магниточувствительных элементов 12, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах дополнительных магниточувствительных элементов 12 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу зубьев 7 на дополнительном венце 6.
Электрические сигналы, идущие с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 обрабатываются и преобразуются в нужный формат платой обработки 10.
При обработке сигналов в плате обработки 10 фазы сигналов, поступающих с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12, будут близки к совпадению только один раз за оборот.
По соотношению фаз сигналов с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 определяют абсолютное значение угла поворота подвижного модуля 1.
Выполнение устройства для измерения угловых перемещений с подвижным модулем, выполненным составным с зубчатым колесом 2 и дополнительным зубчатым колесом 5, и магнитным преобразователем 8 с магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12 позволяет определить абсолютное угловое положение подвижного модуля 1, что расширяет функциональность устройства.
Возможность определения абсолютного значения угла поворота повышает эксплуатационные возможности устройства при измерении угловых перемещений в жестких условиях механических и климатических воздействий.
Выполнение дополнительного зубчатого колеса 5 с венцом 6, отличающимся на один зуб от венца 3 зубчатого колеса 2, обеспечивает изготовление венцов 6 и 3 с одинаковым модулем зубчатого колеса, что упрощает изготовление подвижного модуля 1 и повышает технологические возможности при изготовлении устройства.
Размещение магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 на одинаковом расстоянии позволяет упростить сборку и настройку преобразователя, что повышает технологические возможности.
Выполнение магнитного преобразователя 8 с постоянным магнитом 13 обеспечивает однородное магнитное поле для магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 и позволяет упростить настройку электрической схемы преобразователя, что повышает эксплуатационные возможности.
Предложенное устройство для измерения угловых перемещений изготовлено промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».
Устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями венца, и постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами, отличающееся тем, что подвижный модуль выполнен составным и содержит дополнительное зубчатое колесо, установленное соосно с зубчатым колесом и жестко связанное с ним, дополнительный венец которого расположен в плоскости параллельной венцу зубчатого колеса, число зубьев в котором отличается на единицу от числа зубьев в дополнительном венце, магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного совокупного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и дополнительным венцом дополнительного зубчатого колеса и снабжен дополнительными магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями дополнительного венца, а на постоянном магните в плоскости венца и дополнительного венца установлены два магниточувствительных элемента и два дополнительных магниточувствительных элемента, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем, выполненным составным, при этом расстояния между магниточувствительными элементами и дополнительными магниточувствительными элементами одинаковы.
