Датчик для измерения угловых перемещений
Полезная модель относится к устройствам для бесконтактных измерений угловых перемещений объектов, например, зубчатых колес, определения числа оборотов их вращения в условиях повышенных механических и климатических нагрузок. Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 и магнитный преобразователь 5. Колесо 1 сопряжено с объектом пользователя. На венце 2 колеса 1 на продолжении одного из зубьев 3 выполнен дополнительный зуб 4, жестко связанный колесом 1 и расположенный в плоскости параллельной венцу 2. Преобразователь 5 установлен в корпусе 6 и имеет возможность дистанционного взаимодействия с венцом 2 и зубом 4. Внутри корпуса 6 размещена плата обработки 7 и единый постоянный магнит 10. Плата 7 соединена с двумя магниточувствительными элементами 8 и дополнительным магниточувствительным элементом 9. Элементы 8 сопряжены с зубьями 3 и элемент 9 сопряжен с зубом 4. Элемент 9 расположен между двумя элементами 8. Магнит 10 выполнен объединенным и расположен между платой 7 и элементами 8 и 9. Техническое решение позволяет повысить функциональные и эксплуатационные возможности устройства, 2 ил.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для бесконтактных измерений угловых перемещений объектов, например, зубчатых колес, определения числа оборотов их вращения 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.
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 подсчета числа оборотов зубчатого колеса, а также определения направления вращения зубчатого колеса из-за наличия в его конструкции только одного магниточувствительного элемента, 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, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU 80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009.
Это устройство позволяет определять направление вращения зубчатого колеса.
Однако электронный блок в известном устройстве расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.
Магниторезистивные элементы известного преобразователя угла обеспечивают регистрацию изменения направления магнитного поля, но не регистрируют интенсивность магнитного поля, а это снижает чувствительность преобразователя и его функциональные возможности.
Кроме того, известное устройство не обеспечивает регистрацию числа оборотов зубчатого колеса, а это снижает его функциональные возможности.
Известно устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль 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).
При вращении зубчатого колеса с зубчатым венцом в ближайшем аналоге изменяется плотность магнитного потока в зоне магниточувствительных элементов, что приводит к смещению импульсов относительно друг друга на четверть периода. При этом количество импульсов характеризует величину угла поворота зубчатого колеса, скорость его вращения и направление вращения зубчатого колеса.
Однако в ближайшем аналоге установлено два постоянных магнита каждый магниточувствительный элемент установлен на собственном магните, что увеличивает число деталей, усложняет ориентацию и установку магнитов на плату обработки, что усложняет сборку и приводит к удорожанию устройства.
Устройство ближайшего аналога имеет зубчатое колесо с равномерно размещенными на нем зубьями, что не обеспечивает возможность счета числа оборотов зубчатого колеса, а это снижает его функциональные возможности.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить функциональные и эксплуатационные возможности устройства.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в определении числа оборотов подвижного модуля и в упрощении сборки и настройки преобразователя за счет выполнения дополнительного зуба на венце зубчатого колеса на продолжении одного из зубьев и за счет выполнения дополнительного магниточувствительного элемента, сопряженного с дополнительным зубом, которые установлены на постоянном магните и размещены в корпусе магнитного преобразователя.
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, 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 установлен постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами.
На венце зубчатого колеса на продолжении одного из зубьев выполнен дополнительный зуб, жестко связанный с зубчатым колесом и расположенный в плоскости параллельной венцу зубчатого колеса.
Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного взаимодействия с дополнительным зубом, и снабжен дополнительным магниточувствительным элементом, сопряженным с дополнительным зубом.
На постоянном магните установлены два магниточувствительных элемента и дополнительный магниточувствительный элемент, расположенный между ними.
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;
Устройство для измерения угловых перемещений содержит:
Подвижный модуль в виде зубчатого колеса - 1,
венец (колеса 1) - 2,
зубья (венца 2) - 3,
дополнительный зуб (на колесе 1) - 4.
Магнитный преобразователь - 5,
корпус (преобразователя 5) - 6,
плату обработки (в корпусе 6) - 7,
магниточувствительные элементы (сопряженные с зубьями 3) - 8,
дополнительный магниточувствительный элемент (сопряженный с дополнительным зубом 4) - 9,
постоянный магнит (между платой 7 и элементами 8, 9) - 10.
Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль в виде зубчатого колеса 1 и магнитный преобразователь 5. Зубчатое колесо 1 сопряжено с объектом пользователя.
На венце 2 зубчатого колеса 1 на продолжении одного из зубьев 3 выполнен дополнительный зуб 4, жестко связанный с зубчатым колесом 1 и расположенный в плоскости параллельной венцу 2 зубчатого колеса 1.
Магнитный преобразователь 5 имеет возможность дистанционного взаимодействия с венцом 2 зубчатого колеса 1 и дополнительным зубом 4.
Магнитный преобразователь 5 установлен в корпусе 6.
Внутри корпуса 6 размещена плата обработки 7.
Плата обработки 7 соединена с двумя магниточувствительными элементами 8 и дополнительным магниточувствительным элементом 9.
Магниточувствительные элементы 8 сопряжены с зубьями 3 венца 2.
Дополнительный магниточувствительный элемент 9 сопряжен с дополнительным зубом 4.
Дополнительный магниточувствительный элемент 9 расположен между двумя магниточувствительными элементами 8.
Магниточувствительные элементы 8 смещены друг относительно друга на величину равную
р·(1/4+n),
где р - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое).
Плата обработки 7 содержит электроэлементы (показаны условно), участвующие в обработке электрических сигналов, идущих с магниточувствительных элементов 8 и дополнительного магниточувствительного элемента 9 (микроконтроллер, резисторы, конденсаторы).
Внутри корпуса 6 размещен постоянный магнит 10, расположенный между платой обработки 7 и магниточувствительными элементами 8, установленными в плоскости венца 2, и дополнительным магниточувствительным элементом 9, установленным в плоскости дополнительного зуба 4.
Каждый из магниточувствительных элементов 8 и 9 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 1 с зубчатым венцом 2 изменяется плотность магнитного потока в зоне магниточувствительных элементов 8, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах магниточувствительных элементов 8 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу зубьев 3 на венце 2.
В этом случае количество импульсов характеризует величину угла поворота зубчатого колеса 1 и скорость его вращения. Поскольку магниточувствительные элементы 8 смещены друг относительно друга на величину равную р·(1/4+n), то и последовательности импульсов идущие с них смещены на величину равную четверти периода, что позволяет после соответствующей обработки в плате обработки 7 определить направление вращения зубчатого колеса 1.
При вращении зубчатого колеса 1 с дополнительным зубом 4 изменяется плотность магнитного потока в зоне дополнительного магниточувствительного элемента 9, что приводит к появлению модулированного сигнала на выходе дополнительного магниточувствительного элемента 9 близкого по форме к синусоидальному сигналу с числом периодов на оборот равным единице, что после соответствующей обработки в плате 7 позволяет судить о числе оборотов зубчатого колеса 1 с зубом 4.
Выполнение зубчатого колеса 1 с дополнительным зубом 4, сопряженным с дополнительным магниточувствительным элементом 9, позволяет определить число оборотов зубчатого колеса 1, что повышает функциональные возможности устройства.
Размещение магниточувствительных элементов 8 и дополнительного магниточувствительного элемента 9 на постоянном магните 10 обеспечивает создание однородного магнитного поля, упрощает настройку электрической схемы преобразователя и удешевляет производство устройства, что повышает 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, 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 на венце зубчатого колеса на продолжении одного из зубьев выполнен дополнительный зуб, жестко связанный с зубчатым колесом и расположенный в плоскости, параллельной венцу зубчатого колеса, магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного взаимодействия с дополнительным зубом, и снабжен дополнительным магниточувствительным элементом, сопряженным с дополнительным зубом, а на постоянном магните установлены два магниточувствительных элемента и дополнительный магниточувствительный элемент, расположенный между ними.
