CS242039B1

CS242039B1 - Magnetic Position Magnetometer Position Sensor

Info

Publication number: CS242039B1
Application number: CS849482A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Pesina; Karel Prihoda; Jiri Sanda
Original assignee: Bohumil Pesina; Karel Prihoda; Jiri Sanda
Priority date: 1984-12-07
Filing date: 1984-12-07
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS948284A1

Abstract

Polohový snímač rotoru indukčního magnetometru s prstencovou cívkou, jejíž příčná osa Je souhlasná s rotační osou rotoru. Indukční magnetometr měří intenzitu zemského nebo uměle generovaného magnetického pole měřením střídavého napětí indukovaného v rotující prstencové cívce. Očelem řešení je zjednodušení mechanické konstrukce polohového snímače, zjednodušení elektrického zapojení napájecích a zesilovacích obvodů a zvýšení jeho citlivosti a životnosti. Uvedeného účelu se dosahuje tím, že polohový snímač sestává ze světelného zdroje (8J a fotoelektrického přechodníku (9) upevněných proti sobě ve statoru (2) v optické ose (6) procházející světelným kanálem (7) upraveným v rotoru (1) a svírající s rotační osou (3) rotoru (1) kosý úhel («), přitom fotoelektrický převodník (9) je vývodem (4J elektricky zapojen na fázový závěs (12) s polohovými výstupy (14J. Polohový snímač je využitelný u indukčních magnetometrů, zvláště pro přesné měření magnetických polí, jejichž hodnota se blíží k nule, například u magnetometrů pro zkoumání paleomagnetických vlastností vzorků hornin.Rotor position sensor of an induction magnetometer with a ring coil, the transverse axis of which is coincident with the rotational axis of the rotor. The induction magnetometer measures the intensity of the earth's or artificially generated magnetic field by measuring the alternating voltage induced in the rotating ring coil. The purpose of the solution is to simplify the mechanical design of the position sensor, simplify the electrical connection of the power supply and amplifier circuits and increase its sensitivity and service life. The stated purpose is achieved in that the position sensor consists of a light source (8J and a photoelectric converter (9) mounted opposite each other in the stator (2) in the optical axis (6) passing through the light channel (7) arranged in the rotor (1) and forming an oblique angle («) with the rotation axis (3) of the rotor (1), while the photoelectric converter (9) is electrically connected by the terminal (4J to a phase lock (12) with position outputs (14J. The position sensor is usable in induction magnetometers, especially for precise measurement of magnetic fields, the value of which is close to zero, for example in magnetometers for examining the paleomagnetic properties of rock samples.

Description

Vynález se týká polohového snímače rotoru indukčního magnetometru s prstencovou cívkou, jejíž příčná osa je souhlasná s rotační osou rotoru. Indukční magnetometr měří intenzitu zemského nebo uměle generovaného magnetického pole měřením střídavého elektrického napětí indukovaného v rotující prstencové cívce. Účelem vynálezu je zjednodušení mechanické konstrukce polohového snímače, zjednodušení elektrického zapojení napájecích a zesilovacích obvodů a zvýšení jeho citlivosti i životnosti.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotor position sensor of an induction magnetometer with an annular coil, the transverse axis of which is coincident with the rotational axis of the rotor. An induction magnetometer measures the intensity of the earth or man-made magnetic field by measuring the alternating electrical voltage induced in a rotating ring coil. The purpose of the invention is to simplify the mechanical construction of the position sensor, to simplify the electrical connection of the power and amplifier circuits and to increase its sensitivity and service life.

Je známý polohový snímač indukčního magnetometru, provedený jako kolektorový sběrač s nastavitelnou polohou statorové části.A position sensor of an induction magnetometer is known as a collector with an adjustable position of the stator part.

Mechanický polohový snímač je konstrukčně složitý a jeho přesnost klesá s růstem rychlosti otáčení rotoru.The mechanical position encoder is structurally complex and its accuracy decreases as the rotor rotation speed increases.

Je také známý polohový snímač indukčního magnetometru, sestávající ze dvou reflexních fotosnímačů upevněných ve statoru v odstupu 90° a zapojených na synchronní usměrňovače s voltmetry podle čs. autorského osvědčení č. 237 071. K synchronním usměrňovačům jsou připojeny přes zesilovače konce prstencové cívky, která je unášena rotorem, opatřeným reflexní značkou. Mezi fotosnímači a usměrňovači je zapojen otáčkoměr.It is also known a position sensor of an induction magnetometer, consisting of two reflective photosensors mounted in a stator at 90 ° spacing and connected to synchronous rectifiers with voltmeters according to CS. 237 071 to the synchronous rectifiers are connected via amplifiers to the ends of an annular coil which is carried by a rotor bearing a reflective mark. A tachometer is connected between the photo sensors and the rectifiers.

Nevýhody druhého známého polohového snímače vyplývají z dvojice obvodů. Výrobní obtíže vznikají již při přesném ustavení reflexních fotosnímačů s posunem o úhel 90°. Jejich zapojení je složité, neboť vyžaduje dvojici napájecích obvodů i dvojici pulsních zesilovačů. Optická vazba přes reflexní značku na rotoru vystavenou mechanickému otěru má značný útlum, který je nutno vyvážit zvýšeným jasem světelného zdroje na úkor jeho životnosti.The disadvantages of the second known position sensor result from a pair of circuits. Manufacturing difficulties arise from the precise alignment of reflective photosensors with an angle of 90 °. Their connection is complicated because it requires a pair of power circuits and a pair of pulse amplifiers. The optical coupling through the reflective mark on the rotor exposed to mechanical abrasion has a considerable attenuation, which must be balanced by the increased brightness of the light source at the expense of its lifetime.

Uvedené nevýhody odstraňuje polohový snímač rotoru indukčního magnetometru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ze světelného zdroje a fotoelektrického převodníku upevněných proti sobě ve statoru v optické ose procházející světelným kanálem upraveným v rotoru a svírající s rotační osou rotoru kosý úhel a, přitom fotoelektrický převodník je vývodem elektricky zapojen na fázový závěs s polohovými výstupy.These disadvantages are overcome by the rotor position sensor of the induction magnetometer according to the invention, which consists of a light source and a photoelectric transducer mounted in the stator in an optical axis passing through a light channel arranged in the rotor and forming an oblique angle a with the rotor axis. the photoelectric transducer is electrically connected to a phase lock with position outputs.

Fázový závěs lze uspořádat tak, že na vývod fotoelektrického převodníku je zapojen fázový detektor, který je detekčním výstupem připojen přes filtr a řízený oscilátor k sekvenčnímu obvodu s polohovými vstupy, zapojenému na referenční vstup fázového detektoru.The phase lock can be arranged so that a phase detector is connected to the output of the photoelectric converter, which is connected through a filter output and a controlled oscillator to a sequential circuit with position inputs connected to the reference input of the phase detector.

Výhody polohového rotoru indukčního magnetometru podle vynálezu spočívají zejména ve zjednodušení mechanické konstrukce snímače i jeho napájecích a zesilovacích obvodů. Přímá optická vazba mezi světelným zdrojem a fotoelektrickým převodníkem zvyšuje citlivost i životnost celého snímače. Polohový signál fázově pootočený o 90° proti základnímu polohovému impulsu snímače je generován elektronicky ve fázovém závěsu s přesností a stálostí dosud nedosahovanou.The advantages of the position rotor of the induction magnetometer according to the invention lie in particular in the simplification of the mechanical design of the sensor and its supply and amplification circuits. The direct optical coupling between the light source and the photoelectric transducer increases the sensitivity and lifetime of the entire sensor. The position signal rotated by 90 ° against the basic position pulse of the sensor is generated electronically in a phase lock with accuracy and stability not yet achieved.

Příklad konkrétního provedení polohového snímače je znázorněn na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je rotor indukčního magnetometru ve svislém řezu a na obr. 2 schéma elektrického zapojení fázového závěsu.An example of a specific embodiment of a position sensor is shown in the accompanying drawing, in which FIG.

Polohový snímač podle vynálezu sestává ze světelného zdroje 8 a fotoelektrického převodníku 9, které jsou upevněny proti sobě ve statoru 2, v optické ose 6 procházející světelným kanálem 7 upraveným v rotoru 1. Rotor 1, otáčející se kolem rotační osy 3 ve vzduchovém ložisku 10, je poháněn tlakovým vzduchem proudícím z trysky 11. Optická osa 6 svírá s rotační osou 3 kosý úhel a. Fotoelektrický převodník 9 je vývodem 4 elektricky zapojen na fázový závěs 12. Ve fázovém závěsu 12 je uspořádán fázový detektor 15, na který je vývod 4 zapojen, a který je připojen detekčním výstupem 20 přes filtr 16 a řízený oscilátor 17 k sekvenčnímu obvodu 20 s polohovými výstupy 14. Sekvenční obvod 20 je zapojen na referenční vstup 19 fázového detektoru 15.The position sensor according to the invention consists of a light source 8 and a photoelectric converter 9, which are mounted opposite each other in the stator 2, in the optical axis 6 passing through the light channel 7 provided in the rotor 1. The rotor 1 rotating about the rotary axis 3 in the air bearing 10; The optical axis 6 forms an oblique angle α with the rotary axis 3. The photoelectric transducer 9 is electrically connected via a pin 4 to a phase hinge 12. In the phase hinge 12 a phase detector 15 is arranged, to which pin 4 is connected. and which is connected by the detection output 20 through the filter 16 and the controlled oscillator 17 to the sequential circuit 20 with the position outputs 14. The sequential circuit 20 is connected to the reference input 19 of the phase detector 15.

Rotor 1, poháněný stlačeným vzduchem proudícím z trysky 11 se otáčí ve vzduchovém ložisku 10 kolem rotační osy 3. Kdykoliv při otáčení rotoru 1 se nastaví světelný kanál 7 v něm upravený do optické osy 6, pronikne ze světelného zdroje 8 na fotoelektrický převodník 9 světelný tok a na vývodu 4 fotoelektrického převodníku 9 vznikne základní polohový impuls. Protože optická osa 6 a rotační osa svírají kosý úhel a, generuje fotoelektrický převodník 9 během jedné otáčky rotoru 1 pouze jeden základní polohový impuls. Základní poloha rotoru 1 je tím definována jednoznačně. U indukčních magnetometrů je obvykle horizontální, ale může být zvolena libovolně. Základní polohový impuls vzniklý na vývodu 4 fotoelektrického převodníku 9 řídí činnost fázového závěsu 12, který na polohových výstupech 14 generuje polohové signály s obdélníkovým průběhem, jejichž hrany vytvářejí časovou posloupnost definující okamžitou polohu rotoru 1 indukčního magnetometru proti základní poloze. Polohovými signály mohou být řízeny například synchronní detektory užitečného signálu, na obr. nezakresleny. Hustota časové posloupnosti jednotlivých polohových výstupů 14 je volena podle požadavků přesnosti identifikace okamžité polohy rotoru 1 a podle požadované rozlišovací schopnosti. Základními polohovými impulsy z vývodu 4 fotoelektrického převodníku 9 je řízena činnost fázového závěsu 12 při otáčení rotoru 1. Jejich fázový posun proti hranám polohového signálu s obdélníkovým průběhem na referenčním vstupu 19 je vyhodnocován ve fázovém detektoru 15. Na detekčním výstupu 20 fázo5 vého detektoru 15 se v závislosti na polaritě a velikosti fázového posunu vytváří stejnosměrný signál, který po průchodu filtrem 16 ovlivňuje kmitočet řízeného oscilátoru 17, jehož signál vstupuje do sekvenčního obvodu 18. Sekvenční obvod 18 generuje na polohových výstupech 14 polohové signály s obdélníkovými průběhy, jejichž hrany vytvářejí požadované časové posloupnosti. Na referenčním vstupu 19 fázového detektoru 15 se generuje polohový signál, jehož kmitočet se shoduje s kmitočtem základních polohových impulsů a jehož fázový posun proti základním polohovým impulsům se v ustáleném stavu fázového závěsu 12 blíží k nule. Fázový závěs 12 může být realizován v monolitickém provedení.The rotor 1, driven by the compressed air flowing from the nozzle 11, rotates in the air bearing 10 about the rotational axis 3. Whenever the light channel 7 arranged therein in the optical axis 6 is set therein, the luminous flux penetrates from the light source 8 to the photoelectric converter 9 and at the terminal 4 of the photoelectric transducer 9 a basic position pulse is generated. Since the optical axis 6 and the rotary axis form an oblique angle α, the photoelectric converter 9 generates only one basic position pulse during one revolution of the rotor 1. The basic position of the rotor 1 is thus clearly defined. In induction magnetometers, it is usually horizontal, but can be chosen arbitrarily. The basic position pulse generated at the terminal 4 of the photoelectric transducer 9 controls the operation of the phase lock 12, which generates position signals with a rectangular waveform at the position outputs 14 whose edges form a time sequence defining the current position of the rotor 1 of the induction magnetometer. The position signals may, for example, be controlled by synchronous useful signal detectors, not shown in the figure. The density of the time sequence of the individual position outputs 14 is selected according to the accuracy requirements of identifying the current position of the rotor 1 and the desired resolution. The basic position pulses from the terminal 4 of the photoelectric converter 9 control the operation of the phase lock 12 when the rotor 1 is rotated. Their phase shift against the rectangular position signal edges at the reference input 19 is evaluated in the phase detector 15. Depending on the polarity and magnitude of the phase shift, it produces a DC signal which, after passing through the filter 16, affects the frequency of the controlled oscillator 17 whose signal enters the sequential circuit 18. The sequential circuit 18 generates position signals with rectangular waveforms at the position outputs. sequences. At the reference input 19 of the phase detector 15, a position signal is generated whose frequency coincides with the frequency of the basic position pulses and whose phase offset relative to the basic position pulses is close to zero at the steady state of the phase lock 12. The phase hinge 12 may be implemented in a monolithic design.

Polohový snímač rotoru podle vynálezu je využitelný u indukčních magnetometrů, zvláště pro přesná měření magnetických polí, jejichž hodnota se blíží nule, například u magnetometrů pro zkoumání paleomagnetických vlastností vzorků hornin.The rotor position sensor according to the invention is useful in induction magnetometers, in particular for accurate measurements of magnetic fields whose value is close to zero, for example in magnetometers for examining the paleomagnetic properties of rock samples.

Claims

Subject

An inductive magnetometer rotor position sensor characterized in that it consists of a light source (8) and a photoelectric transducer (9) mounted opposite each other in a stator (2) in an optical axis (6) passing through a light channel (7) provided in the rotor (1) and forming an oblique angle (α) with the rotary axis (3) of the rotor (1), wherein the photoelectric transducer (9) is electrically connected via a pin (4) to a phase lock (12) with position outputs (14).

Position sensor according to Claim 1, characterized in that a phase detector (15) is provided in the phase lock (12), to which the outlet (4) of the photoelectric converter (9) is connected and which is connected via the detection output (20) via filter (16) and controlled oscillator (17) to a sequential circuit (18) with position outputs (14) connected to the reference input (19) of the phase detector (15) ·