Абсолютный датчик углового положения

Абсолютный датчик углового положения, содержит постоянный магнит, магниточувствительный элемент выполнен в виде единого элемента и включает магниточувствительные микроконтакты, связанные через селектор с формирователем абсолютного кода. С активного выхода селектора, определенного, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле: , сигнал поступает на формирователь абсолютного кода, выдающий двоичный код. Селектор может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, а постоянный магнит и магниточувствительный элемент - кольцеобразными и размещены коаксиально. 1 н.п.ф., 2 илл.

Устройство относится к датчикам углового положения и позволяет отслеживать угловое положение поворотного механизма без потери информации о положении в случае перебоя электропитания.

Современные существующие датчики углового положения, как правило, включают в свой состав датчики (или массив датчиков) Холла в качестве магниточувстительных элементов, аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), сложные вычислительные микропроцессорные устройства, необходимые для обработки информации с датчиков Холла.

Так, известен программируемый магнитный энкодер AS51 30 фирмы Austriamicrosystems. Энкодер AS5130 является бесконтактным магнитным энкодером для точного измерения угла на полном обороте 360°. Эта система на-чипе сочетает в одном устройстве интегрированные элементы Холла, интерфейс аналоговой и цифровой обработки сигнала, устройство для вычисления углового положения. Угол может быть измерен с помощью простого двухполюсного магнита, вращающегося над магниточувствительной частью чипа.

Известен также датчик углового положения на постоянном магните, имеющий в своем составе магниточувствительные контакты, в виде угловых секторов, принятый за прототип. При определенном положении магнита относительно секторов происходит замыкание контактов. В зависимости от количества и расположения замкнутых контактов формируются определенные значения напряжений (количество значений напряжений соответствует количеству секторов контактов), поступающие на компаратор, формирующий группы порогов напряжений. Сигнал с компараторов поступает на контроллер, который определяет угловое положение полюсов магнита относительно секторов с контактами. (US 6803760, G01D 5/14)

Недостатками прототипа являются значительная вероятность отказа известного датчика и перебоев в его работе обусловленные наличием в его составе аналогово-цифровых преобразующих и вычислительных устройств, которые существенно ограничивают его применяемость. В первую очередь это связано с нестабильным питанием и высоким уровнем помех. Помехи в свою очередь оказывают значительное влияние на работу аналогово-цифрового преобразователя, который вследствие этого может формировать сигнал, не соответствующий реальному угловому положению. Кроме того, наличие в составе датчика выше упомянутых устройств ограничивает его применение в условиях с высоким уровнем радиационного фона и температурного диапазона.

Задачей создания заявляемой полезной модели является упрощение устройства, за счет исключения из его состава аналогово-цифрового преобразователя и сложного вычислительного устройства, путем обеспечения возможности прямого формирования цифрового сигнала.

Поставленная задача решается тем, что в абсолютном датчике углового положения, содержащем постоянный магнит, предназначенный для размещения на внешнем контролируемом вращающемся элементе, магниточувствительный элемент, дискретные контакты, срабатывающие на магнитное поле, магниточувствительный элемент выполнен в виде единого элемента, включающего магниточувствительные микроконтакты, связанные через селектор с формирователем абсолютного кода, при замыкании группы микроконтактов под действием поля постоянного магнита с активного выхода селектора, определенного, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле:

, где

K_i, K_z - - начальный и конечный микроконтакты из группы микроконтактов, замкнутых под действием постоянного магнита, сигнал поступает на формирователь абсолютного кода, выдающий двоичный код.

Предусмотрено, что селектор выполнен, например, в виде постоянного запоминающего устройства.

Предусмотрено, что постоянный магнит и магниточувствительный элемент выполнены кольцеобразными и размещены коаксиально.

Полезная модель представлена на фигурах, где

на фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого абсолютного датчика углового положения,

на фиг. 2 - представлен алгоритм получения универсального двоичного в зависимости от углового расположения активного полюса магнита относительно магниточувствительных микроконтактов,

на фиг. 3 - показана обобщенная электрическая принципиальная схема селектора,

на фиг. 4 - приведен вариант абсолютного датчика углового положения в планарном исполнении,

На фиг. 5 - приведен вариант абсолютного датчика углового положения с кольцеобразными постоянным магнитом и магниточувствительным элементом.

На фигурах представлены:

1 - постоянный магнит,

2 - магниточувствительный элемент,

3 - магниточувствительные микроконтакты,

4 - селектор,

5 - формирователь абсолютного кода (шифратор),

6 - сектор группы микроконтактов, охватываемый магнитным полем постоянного магнита 1.

Устройство работает следующим образом.

При вращении внешнего контролируемого элемента, постоянный магнит 1, размещенный на нем, своим магнитным полем А замыкает группу из K₁ , K₂, , К_n, микроконтактов 3, показанных как сектор 6 на фиг. 4, 5.

Микроконтакты 3 имеют только два состояния - «замкнут» и «разомкнут». Количество замкнутых микроконтактов 3 может быть произвольным и зависит от величины индукции и зоны рассеивания магнитного поля. Возникает необходимость в отсеивании паразитных сигналов и выборе активного контакта охватываемого сектора 6.

Далее сигнал B поступает на селектор 4, выполненный, например в виде постоянного запоминающего устройства. Селектор 4 делает активным контакт из группы замкнутых контактов, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле:

, где

К_i, К_z - - начальный и конечный микроконтакты 3 из группы микроконтактов 3, замкнутых под действием постоянного магнита 1.

Сигнал C с активного контакта X селектора 4 поступает на формирователь абсолютного кода 5. Формирователь 5 преобразует сигнал с активного X контакта селектора 4 в универсальный двоичный код D и передает данный код на внешнюю систему управления, телеметрию и т.д.

Заявляемый абсолютный датчик углового положения может быть реализован с использованием магниточувствительной микросхемы. Современные технологии и оборудование позволяют разработать и изготовить магниточувствительную микросхему, описанную в данной заявке.

Функциональные блоки микросхемы могут быть реализованы на простой логике, что позволяет обойтись минимально возможным числом микроэлементов, встроенных в микросхему.

Возможности применения абсолютного датчика углового положении, реализованного на магниточувствительной микросхеме, ввиду отсутствия в ее составе сложных микровычислительных функциональных узлов (блоков) существенно расширены по сравнению с аналогами, особенно в объектах с высоким уровнем помех, радиации, широким диапазоном температур.

1. Абсолютный датчик углового положения, содержащий постоянный магнит, предназначенный для размещения на внешнем контролируемом вращающемся элементе, магниточувствительный элемент, дискретные контакты, срабатывающие на магнитное поле, отличающийся тем, что магниточувствительный элемент выполнен в виде единого элемента, включающего магниточувствительные микроконтакты, связанные через селектор с формирователем абсолютного кода, при замыкании группы микроконтактов под действием поля постоянного магнита с активного выхода селектора, определенного, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле:где

K_i, K_z - начальный и конечный микроконтакты из группы микроконтактов, замкнутых под действием постоянного магнита, сигнал поступает на формирователь абсолютного кода, выдающий двоичный код.

2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что селектор выполнен, например, в виде постоянного запоминающего устройства.

3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что постоянный магнит и магниточувствительный элемент выполнены кольцеобразными и размещены коаксиально.

РИСУНКИ