Датчик угловой скорости вращения вала

Союз Советскна

Соцналистическнк рес убпик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕПЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву М 607144 (22) Заявлено08. 09. 80 (21) 2978619/18-10 (51)М. Кл. о с присоединением заявки,%

G 01 Р 3/48

ГесудлрстаелкыИ кемитет

CCC1 ав делан кзебретеклЯ и атерыткй (23) ПриоритетОпубликовано 30.01.83. Бюллетень М 4 (53) УДКЯ1.767 (088.8 ) Дата опубликования описании 30.01.83

А. Т. Артамонов, Н. П. Волков„." Л,. М, Карамзин:, М; Ф.Киселев, С. Т. Мартирос и - и С".Ъ-" .Фафрнов

6:.>, Московский институт электронного маш (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ВАЛА

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для определения скорости вращения валов механизмов. и машин.

По основному авт.св. к. 607144 известен датчик угловой скорости вращения вала, содержащий зубчатый электропроводный диск и катушку индуктивности, включенную в измерительную схему. С целью повышения глубины модуляции выходного сигнала пазы электропроводного диска заполнены замкнутым по окружности ферромагнетиком (1 g.

Недостаток этого датчика заключается в низкой помехоустоичивости .к промышленным помехам и импульсным электромагнитным полям, что затрудняет его использование в ряде меха- zo низмов и машин. Высокая чувствительность этого датчика к помехам вызвана тем, что при era работе величина индуктивности статора изменяется в

2 некоторых пределах, не меняя своего знака, причем индуктивность всегда остается большей нуля, поэтому при воздействии на катушку статора и проводники, соединяющие ее со схемой автогенератора, внешних электромагнитных полей происходит изменение условий возбуждения генератора (баланса фаз и баланса амплитуд ), последнее приводит к паразитной амплитудной и частотной модуляции выход" ного сигнала. Наложение паразитной модуляции на модуляцию, обусловленную вращением ротора, снижает точность измерения угловой скорости и приводит к появлению сбоев в показаниях регистрирующего прибора, подключенного к выходу датчика.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости датчика угловой скорости вращения вала.

Поставленная цель достигается тем, что в датчик угловой скорости враще ния вала введена вторая катушка ин9931

3 дуктивности, причем первая и вторая катушки индуктивности выполнены зубцеобразными с шагом, равным шагу зубцов ротора, и сдвинуты одна относительно другой на половину их зубцового деления, при этом обе катушки индуктивности соединены со схемой автогенератора.

На фиг. 1 изображена конструкция датЧика угловой скорости вращения ва- 1р ла; на фиг. 2 - схема выполнения катушек индуктивности статора; на фиг.3временные диаграммы сигналов датчика при непрерывном вращении ротора.

Датчик угловой скорости вращения вала (фиг.1) содержит входной вал 1, отцентрированный во вращающихся опорах 2, установленных в разъемном корпусе 3. На валу 1 жестко закреплен ротор 4, выполненный из диамагнитно го материала (например алюминиевый сплав Д-16 ) с радиальными прорезями, заполненными замкнутым по окружности ферромагнетиком. В корпусе 3 закреплен статор 5 с первой 6 и второй

7 катушками индуктивности (фиг.2 ).

Статор представляет собой диск из диэлектрика с радиальными прорезями, равномерно расположенными по окружности ° в которые уложены первая 3О

6 и вторая 7 катушки индуктивности, имеющие угловой шаг Т, равный шагу зубцов ротора 4. При этом катушки индуктивности смещены одна относительной другой по углу на половину их зубцового деления. Собственная электромагнитная связь М между первой и второй катушками индуктивности (при удаленном роторе ) равна нулю вследствие того, что ЭДС, наводимые в каж- дом участке одной катушки со стороны симметрично расположенных участков второй катушки, равны по величине и противоположны по знаку.

Датчик работает следующим образом.

При вращении ротора его зубцы последовательно перекрывают полюса первой и второй катушек индуктивности статора, при этом изменяется эффективная площадь экранирования катушек и, следовательно, коэффициент их электромагнитной связи M Ilo синусоидальному закону (фиг.3). Величина М изменяется от максимального положительного значения (через нуль ) до максимального отрицательного значения.

Прохождение зубцов ротора над полюсами катушек приводит к срыву

25 ф колебаний автогенератора (нарушается не только условие баланса амплитуд

t но и условие баланса фаз), поскольку коэффициент электромагнитной связи катушек принимает отрицательное значение. При перекрытии полюсов катушек участками. пазов ротора, заполненными ферромагнетиком, M становится положительным и автогенератор возбуждается -(соблюдается условие баланса амплитуд и баланса фаз ). Таким образом, на выходе автогенератора образуется напряжение U, представляющее собой пачки высокочастотных колебаний (фиг.3).

Использование в датчике двух катушек индуктивности со знакопеременным коэффициентом электромагнитной связи М в функции угла поворота ротора обеспечивает нечувствительность датчика к импульсным электромагнитным помехам и повышает стабильность моментов возбуждения и срыва колебаний автогенератора, так как изменение режима работы последнего (генерация или пауза ) происходит в момент изменения знака связи катушек (при переходе M через нуль ). Изменение знака электромагнитной связи может произойти либо при повороте ротора либо при изменении направления тока лишь в одной из катушек. При воздействии электромагнитных помех направление наведенного тока одинаково в обеих близкарасположенных катушках, равномерно распределенных на статоре. Следовательно, электромагнитная связь между катушками не меняет знака под действием помех и не изменяются условия возбуждения или срыва колебаний автогенератора.

При положениях ротора, соответствующих положительной полуволне электромагнитной связи M катушек, генератор находится в режиме возбуждения вне зависимости от величины и формы наводки, а при положениях ротора, соответствующих отрицательной полуволне, генератор жестко заперт и датчик нечувствителен к внешним электромагнитным воздействиям, что исключает появление ложных сигналов на выходе датчика.

Стабильность моментов возбуждения и срыва колебаний повышается за счет установления максимальной степени связи активного. элемента автогенератора с катушками индуктивности. В известном датчике это сде9931

5 лать невозможно иэ-эа того, что индуктивность катушки не меняет знака и при превышении некоторой величины степени связи активного элемента с катушкой срыв колебаний прекра- -щается и датчик становится неработоспособным.

Пачки высокочастотных колебаний с выхода автогенератора подаются на амплитудный детектор, на выходе ко10 торого образуются прямоугольные импульсы ОВ„„,(фиг.3), поступающие на регистрирующий прибор. Поскольку частота возбуждений и срывов колебаний автогенератора пропорциональна угловой скорости ротора, показания регистрирующего прибора соответствуют измеряемой угловой скорости вращения.

Выходным сигналом датчика явля- 20 ются прямоугольные импульсы с большой крутизной фронтов, благодаря чему повышается точность измерения малых угловых скоростей в присутствии интенсивных помех.

При использовании в качестве регистрирующего прибора электронносчетного частотомера оказывается воз.можным получить индикацию на цифровом табло непосредственно в единицах M .скорости вращения (об/мин ). Для этого ротор датчика выполняется с числом прорезей равным 60, а время счета частотомера устанавливается равным 1 с, Нижний предел диапазона измеряемых,, у скоростей при этом равен 1 об/мин, а верхний предел достигает 30 тыс.об/

/мин. и ограничивается механической прочностью конструктивных элементов.

Наличие второй дополнительной об- ip мотки статора, смещенной относительно первой на половину их зубцового

25 6 деления, позволяет точно Фиксировать моменты возбуждения и срыва колебаний автогенератора независимо от внешних возмущающих факторов. Это дает воэможность повысить помехоустойчивость и точность датчика при его эксплуатации в условиях интенсивных электромагнитных помех(в составе элек тродугового сварочного оборудования, установок высокочастотного нагрева, в электромагнитной дефектоскопической аппаратуре).

Предлагаемый датчик выгодно отличается от известного возможностью упрощения измерительной схемы и увеличения длины соединительных. кабелей, что устраняет необходимость разработки ряда датчиков, имеющих близкие диапазоны измеряемых скоростей вращения.

Формула изобретения

Датчик угловой скорости вращения вала по авт.св. и 607144, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введена вторая катушка индуктивности, причем первая и вторая катушки индуктивности выполнены зубцеобразными с шагом, равным шагу зубцов ротора, и сдвинуты .одна относительно другой на половину их эубцового деления, при этом обе катушки индуктивности соединены со схемой автогенератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

M 607144, кл. 6 01 Р 3/48, 1978.

9931Ж

Составитель И.Иочарская

Редактор А. -Лежнина Техредй. Кастелееич Корректор В. Прохненко

Заказ Мб/59 Тираж 871 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР . по делаи изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,