Устройство для измерения угловых перемещений

Устройство для измерения угловых перемещений используют для бесконтактных измерений угловых перемещений объектов и определения направления их вращения, эксплуатируемых в условиях повышенных механических и климатических нагрузок. Устройство включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 и магнитный преобразователь 4. Колесо 1 сопряжено с объектом пользователя. Преобразователь 4 имеет возможность дистанционного взаимодействия с венцом 2 колеса 1, установлен в корпусе 5 и содержит плату обработки 7 с магниточувствительными элементами 8 и с постоянными магнитами 9. Элементы 8 соединены с платой 7. Магниты 9 расположены между платой 7 и элементами 8. Плата 7 с элементами 8 и магнитами 9 расположена перпендикулярно торцевой поверхности 3 венца 2 колеса 1 и сопряжена с ней при размещении преобразователя 4 параллельно поверхности 3. В корпусе 5 преобразователя 4 установлен индикатор срабатывания 10 сопряжения преобразователя 4 с поверхностью 3. Индикатор 10 электрически соединен с платой 7 и выполнен в виде излучающего диода. Техническое решение позволяет повысить компактность конструкции и расширить функциональные и эксплуатационные возможности устройства, 3 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для бесконтактных измерений угловых перемещений объектов и определения направления их вращения, эксплуатируемых 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 угле поворота зубчатого колеса дистанционно и непосредственно с его венца, что снижает его эксплуатационные возможности.

Кроме того, в известном устройстве отсутствует специальная защита оси вращения для обеспечения герметизации платы обработки, что также снижает эксплуатационные возможности устройства.

Известен датчик вращения зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, магниточувствительный элемент на эффекте Холла, постоянный магнит, 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.

В конструкции известного устройства предусмотрен только один магниточувствительный элемент, что снижает его функциональные возможности.

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 и электронным блоком, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU 80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009.

Известное устройство позволяет определять направление вращения зубчатого колеса.

Магниторезистивные элементы в известном устройстве установлены в плоскости, расположенной вдоль оси зубчатого колеса, что, по меньшей мере, в 2 раза увеличивает габариты и массу зубчатого колеса, усложняет его концигурацию, а это приводит к увеличению габаритов, массы и усложняет конструкцию всего преобразователя.

Магниторезистивные элементы в известном устройстве установлены в плоскости параллельной оси вращения объекта, что исключает регистрацию угла поворота с боковой поверхности зубчатого венца, а это снижает эксплуатационные возможности преобразователя.

Электронный блок в известном устройстве расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.

Магниторезистивные элементы в известном устройстве обеспечивают регистрацию изменения направления магнитного поля, но не регистрируют интенсивность магнитного поля, а это снижает чувствительность преобразователя.

Известно устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, установленный в корпусе с крышкой, содержащий плату обработки с магниточувствительными элементами, соединенными с платой обработки, и с постоянными магнитами, расположенными между платой обработки и магниточувствительными элементами, и имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU 104693 U1, G01B 7/00, 20.05.2011.

Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.

В ближайшем аналоге магниточувствительные элементы расположены параллельно венцу зубчатого колеса и выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равную

p·(1/4+n),

где p - шаг зубьев венца,

n - число зубьев (целое).

Устройство ближайшего аналога обладает простой конструкцией и используется в жестких климатических и механических условиях эксплуатации.

Однако в ближайшем аналоге ширина зубчатого колеса и ширина чувствительной приемной площадки магниточувствительного элемента не отвечают требованиям соизмеримости, поэтому для обеспечения высокого разрешения необходимо увеличение ширины, а значит и массы зубчатого колеса, что приводит к увеличению габаритов всего устройства и снижает его эксплуатационные возможности.

Параллельное расположение магниточувствительных элементов венцу зубчатого колеса в устройстве ближайшего аналога и смещение их по отношению к венцу увеличивает расстояние от магниточувствительных элементов до венца при использовании зубчатого колеса малого диаметра, что при этом снижает чувствительность, разрешение и одновременно функциональные возможности устройства.

В устройстве ближайшего аналога отсутствует индикатор срабатывания установки и настройки устройства, что усложняет его стыковку с приводным устройством пользователя и требует для сборки применения специальных электронных измерительных приборов и сборщиков высокой квалификации.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить компактность конструкции и расширить функциональные и эксплуатационные возможности устройства.

Технический результат настоящей полезной модели заключается:

- в расположении магниточувствительных элементов перпендикулярно венцу зубчатого колеса для обеспечения возможности считывания информации об угле поворота зубчатого колеса со стороны его торца;

- в снабжении магнитного преобразователя индикатором срабатывания в виде излучающего диода, соединенного с платой обработки, который выдает световой сигнал о рабочем состоянии устройства.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя.

Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь, установленный в корпусе с крышкой.

Магнитный преобразователь содержит плату обработки с магниточувствительными элементами, соединенными с платой обработки, и с постоянными магнитами, расположенными между платой обработки и магниточувствительными элементами.

Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса.

Плата обработки с магниточувствительными элементами и постоянными магнитами расположена перпендикулярно торцевой поверхности венца зубчатого колеса и сопряжена с ней при размещении магнитного преобразователя параллельно торцевой поверхности венца зубчатого колеса.

В корпусе магнитного преобразователя установлен индикатор срабатывания сопряжения магнитного преобразователя с торцевой поверхностью венца зубчатого колеса.

Индикатор срабатывания электрически соединен с платой обработки.

Индикатор срабатывания выполнен в виде излучающего диода.

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 Б-Б на фиг.1;

на фиг.3 - вид А на фиг.1.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит:

Подвижный модуль в виде зубчатого колеса - 1, венец (колеса 1) - 2,

торцевую поверхность (венца 2) - 3.

Магнитный преобразователь - 4,

корпус (преобразователя 4) - 5,

защитную крышку (корпуса 5) - 6,

плату обработки (в корпусе 5) - 7,

магниточувствительные элементы (на плате 7) - 8,

постоянные магниты (между платой 7 и элементами 8) - 9,

индикатор срабатывания в виде излучающего светодиода (в корпусе 5) - 10.

Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 и магнитный преобразователь 4.

Подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 сопряжен с объектом пользователя.

Магнитный преобразователь 4 установлен в корпусе 5, выполненным с крышкой 6.

Магнитный преобразователь 4 содержит плату обработки 7 с магниточувствительными элементами 8 и с постоянными магнитами 9.

Магниточувствительные элементы 8 соединены с платой обработки 7.

Постоянные магниты 9 расположены между платой обработки 7 и магниточувствительными элементами 8.

Крышка 6 защищает плату обработки 7 с магниточувствительными элементами 8 и постоянными магнитами 9 от механических и климатических воздействий.

Кроме того, плата обработки 7 содержит электроэлементы (показаны условно), участвующие в обработки электрических сигналов, идущих с магниточувствительных элементов 8 (микроконтроллер, резисторы, конденсаторы).

Магнитный преобразователь 4 имеет возможность дистанционного взаимодействия с венцом 2 зубчатого колеса 1.

Плата обработки 7 с магниточувствительными элементами 8 и постоянными магнитами 9 расположена перпендикулярно торцевой поверхности 3 венца 2 зубчатого колеса 1 и сопряжена с ней при размещении магнитного преобразователя 4 параллельно торцевой поверхности 3 венца 2 зубчатого колеса 1.

В корпусе 5 магнитного преобразователя 4 установлен индикатор срабатывания 10 сопряжения магнитного преобразователя 4 с торцевой поверхностью 3 венца 2 зубчатого колеса 1.

Индикатор срабатывания 10 электрически соединен с платой обработки 7.

Индикатор срабатывания 10 выполнен в виде излучающего диода.

В зависимости от конструктивного выполнения зубчатого колеса 1 и/или магниточувствительных элементов 8 величина смещения магниточувствительных элементов 8 относительно друг друга (для заявляемого магнитного преобразователя) составляет 5-15 мм.

Магниточувствительный элемент 8 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла.

Магниточувствительные элементы 8 смещены друг относительно друга на величину равную

p·(1/4+n),

где p - шаг зубьев венца,

n - число зубьев (целое).

Постоянные магниты 9 установлены между платой обработки 7 и соответствующим магниточувствительным элементом 8.

Устройство для измерения угловых перемещений осуществляет измерения следующим образом.

При вращении зубчатого колеса 1 зубья его венца 2 периодически входят в зону срабатывания и выходят из зоны отпускания магниточувствительных элементов 8, при этом на выходах магниточувствительных элементов 8 формируются импульсы напряжения (тока), которые смещены относительно друг друга на четверть периода, что позволяет после соответствующей обработки в плате обработки 7 определить направление вращения зубчатого колеса 1.

Световой сигнал о работоспособном состоянии устройства для измерения угловых перемещений выдает излучающий диод индикатора срабатывания 10 сопряжения магнитного преобразователя 4 с торцевой поверхностью 3 венца 2 зубчатого колеса 1.

Расположение платы обработки 7 с магниточувствительными элементами 8 и постоянными магнитами 9 перпендикулярно торцевой поверхности 3 венца 2 зубчатого колеса 1 при размещении магнитного преобразователя 4 параллельно торцевой поверхности 3 венца 2 зубчатого колеса 1 повышает плотность компоновки конструкции устройства.

Размещение магнитного преобразователя 4 параллельно зубчатому колесу 1 и сопряжение его с торцевой поверхностью 3 венца 2 обеспечивает считывание информации об угле поворота зубчатого колеса 1 со стороны его торца и не зависит от диаметральных габаритов зубчатого колеса 1, что позволяет проводить измерения с зубчатыми колесами меньших габаритов, тем самым расширяет эксплуатационные возможности устройства для измерения угловых перемещений.

Размещение магниточувствительных элементов 8 и платы обработки 7 перпендикулярно торцевой поверхности 3 венца 2 зубчатого колеса 1 обеспечивает сопряжение магнитного преобразователя 4 при использовании его и с малогабаритными зубчатыми колесами, при этом в каждом конкретном случае обеспечивается минимальное расстояние от торевой поверхности любого малогабаритного зубчатого колеса до магнитного преобразователя 4, что позволяет расширить функциональные возможности устройства и использовать его в малогабаритной аппаратуре.

Снабжение магнитного преобразователя 4 индикатором срабатывания 10 в виде излучающего диода, соединенного с платой обработки 7, обеспечивает световой сигнал о сопряжении магнитного преобразователя 4 с торцевой поверхностью 3 венца 2 зубчатого колеса 1, контроль при работе и удобство при сборке, что расширяет функциональные и эксплуатационные возможности устройства.

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 в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, установленный в корпусе с крышкой, содержащий плату обработки с магниточувствительными элементами, соединенными с платой обработки, и с постоянными магнитами, расположенными между платой обработки и магниточувствительными элементами, и имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса, отличающееся тем, что плата обработки с магниточувствительными элементами и постоянными магнитами расположена перпендикулярно торцевой поверхности венца зубчатого колеса и сопряжена с ней при размещении магнитного преобразователя параллельно торцевой поверхности венца зубчатого колеса, а в корпусе магнитного преобразователя установлен индикатор срабатывания сопряжения магнитного преобразователя с торцевой поверхностью венца зубчатого колеса, электрически соединенный с платой обработки и выполненный, по крайней мере, в виде излучающего диода.