CS253829B1 - Kapacitní rotační snímač polohy - Google Patents

Abstract

Kapacitní rotační snímač polohy využívá principu změny kapacity mezi elektrodami rotoru a statoru. Elektroda rotoru je upevněna na hřídeli motoru a nemá žádné elektrické vývody. Elektroda rotoru je rozdělena nejméně na dva segmenty. Obě elektrody mají zuby, které jsou navzájem rozměrově i tvarově shodné. Takto vytvořená proměnná kapacita je zapojena vývody statorových segmentů do měřicího můstku. Výstup můstku je zpracován ve vyhodnocovacím obvodu tak, že výstupní signál je digitálně využitelný pro řízení např. krokových motorů.

Description

Vynález se týká kapacitního rotačního snímače polohy s vyhodnocovacím obvodem.

Dosud se nejčastěji používá pro snímání polohy principu fy Heidehain, který spočívá v prosvěcování dvou dělených kotoučů ze skla, tj. statoru a rotoru. V případě, že se čáry statoru navzájem kryjí, prochází světlo ze světelného zdroje a citlivý fototranzistor zareaguje impulsem. Naproti tomu, když se nachází čáry rotoru mezi čarami statoru, nemůže světlo procházet a signál z fototranzistoru klesne na nulu.

Nevýhoda tohoto principu spočívá ve vysokých požadavcích na přesnost výroby. Při větším dělení musí stator a rotor být stále blíže k sobě až na 5 mikrometrů. To zároveň vyžaduje naprostou bezprašnost výrobního prostředí, dokonalé krytí nehledě na obtížnost seřizování a vysokou cenu. Kromě toho velmi často se musi měnit světelný zdroj.

Uvedené nevýhody v podstatě odstraňuje vynález kapacitního rotačního snímače polohy, jehož podstata spočívá v tom, že rotor snímače, upevněný na hřídeli motoru je ve formě desky z izolačního materiálu, je opatřen kruhovou kovovou elektrodou, která má radiální zuby s mezerami. Osa otáčení je totožná s hřídelí motoru, šířka zubů je menší nebo rovna mezeře mezi zuby. Proti rotoru je umístěn stator snímače ve formě desky z izolačního materiálu, je opatřen kovovou elektrodou rozdělenou alespoň na dva segmenty. Segmenty mají radiální zuby rozměrově i tvarově shodné se zuby elektrody rotoru. Jsou umístěny přesně proti elektrodě rotoru. Segmenty jsou galvanicky odděleny a jsou opatřeny vývody. Vývody jsou zapojeny do vetve měřicího můstku, do jehož protilehlé strany je zapojen vyrovnávací kondénzátor. Ve vstupní větvi můstku je zapojen diferenciální transformátor, zapojený na vysokofrekvenční generátor. Ná výstupní větev můstku je zapojen zesilovač, zapojený na Schmittův klopný obvod, tvořící výstup snímače přes usměrňovač a impedanční transformátor.

Výhodou kapacitního rotačního snímače je, že montáž statoru a rotoru není náročná na dodržení malé vzdálenosti, která se u běžných polohových snímačů na principu světla pohybuje od 5 do 50 mikrometrů. V případě předpokládaného zařízení lze pracovat se vzdáleností mezi rotorem ,a statorem až do vzdálenosti 250 mikrometrů, což z hlediska výrobního nepůsobí žádné potíže a neklade vysoké nároky na technologii výroby. Celé zařízení je velmi jednoduché, laciné, malé a nepotřebuje žádný zdroj světla, není náchylné na prach, otřesy apod.

Na připojeném výkresu je na obr. 1 schematický nárys principu snímače a na obr. 2 schéma zapojení snímače do vyhodnocovacího obvodu.

Na hřídeli 2 motoru je upevněn rotor 2 z izolačního materiálu. Na něm je upevněna kruhová elektroda 2 s radiálními zuby. Šířka zubů je s výhodou rovna nebo menší než mezera mezi zuby. Proti rotoru 2 je umístěn stator 2 rovněž z izolačního materiálu. Na statoru je přesně proti elektrodě 2 rotoru 2 umístěna elektroda statoru 2, která je rozdělena nejméně na dva segmenty 51, 52. Elektroda statoru 4 je rozměrově i tvarově shodná s elektrodou 2 rotoru 2. Osy elektrod jsou shodné s osou otáčení hřídele 2 motoru. Segmenty 52, 52 mají vývody 61, 62.· Vývody 61, 62 segmentů 52, 52 jsou zapojeny do měřicího můstku, v jehož protilehlé straně je zapojen vyrovnávací kondénzátor 9_. Ve vstupní větvi můstku je zapojen diferenciální transformátor 8_, připojený na vysokofrekvenční generátor T_. Výstup, můstku je zapojen na zesilovač 10.· Další zapojení je provedeno přes usměrňovač 11, impedanční transformátor 12 a Smittův klopný obvod 13. Ten současně tvoří výstup 14 snímače.

Funkční princip kapacitního rotačního snímače polohy je založen na změně kapacity mezi elektrodou 2 rotoru 2 a segmenty 52, 52 statoru 2 při' otáčení rotoru 2. Pokud se pole zubů elektrody 2 ^a segmentů 52, 52 navzájem kryjí, je možno zaznamenat maximální kapaclitu. V případě, že zuby elektrody 2 jsou proti mezerám segmentů 52, 52, je kapacita mezi nimi minimální. Elektroda 2 rotoru 2 nemá žádný elektrický kontakt, protože rozděleni elektrody statoru 2 na alespoň dva stejné galvanicky oddělené segmenty 51, 52 to umožňuje. Takto vytvořený kondenzátor je zapojen vývody 21, 62 jako větev kapacitního měřicího můstku. Při seřízeni můstku vyrovnávacím kondenzátorem 2 na hodnotu Cmin, lze získat na otáčku hřídele 2 tolik signálů polohy, kolik zubů má elektroda 2 rotoru 2. v případě, že můstek je nastaven na poloviční hodnotu součtu Cmax + Cmin, lze získat dvojnásobný počet signálů polohy.

Uspořádání kapacitního snímače polohy může být také v lineárním provedení, tj. poloměr kruhu je nekonečně dlouhý.

Získaný signál polohy z můstku je zesílen úzkopásmovým zesilovačem 10 naladěným na frekvenci vysokofrekvenčního generátoru 2· usměrnění usměrňovačem 11 se pomocí impedančního transformátoru 12 se signál přivede na Smittův klopný obvod 13, odkud se z výstupu j 4 odebírá digitálně použitelný signál.

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Kapacitní rotační snímač polohy s vyhodnocovacím obvodem vyznačený tím, že rotor (2) snímače ve tvaru desky z izolačního materiálu, upevněný na hřídeli (1) motoru, je opatřen kruhovou kovovou elektrodou (3), která má radiální zuby s mezerami, osa otáčení je totožná s hřídelí (1) motoru, přičemž šířka zubů je menší nebo rovna mezeře mezi zuby, proti rotoru (2) je umístěn stator (4) snímače ve tvaru desky z izolačního materiálu, je opatřen kovovou elektrodou rozdělenou alespoň na ;va segmenty (51, 52), segmenty (51, 52) mají radiální zuby rozměrově i tvarově shodné se zuby elektrody (3) rotoru (2) a jsou umístěny přesně proti elek trodě (3) rotoru (2), segmenty (51, 52) jsou galvanicky odděleny a jsou opatřeny vývody (61, 62), vývody (61, 62) jsou zapojeny do větve měřicího můstku, do jehož protilehlé větve je zapojen vyrovnávací kondenzátor (9), přičemž ve vstupní větvi můstku je zapojen diferenciální transformátor (8), zapojený na vysokofrekvenční generátor (7), na výstupní větev můstku je zapojen zesilovač (10), zapojený na Schmittův klopný obvod (13) tvořící výstup (14) snímače přes usměrňovač (11) a impedanční transformátor (12).
2. 2. Kapacitní rotační snímač polohy podle bodu 1, vyznačený tím, že kovová elektroda (3) rotoru (2) a kovová elektroda statoru (4) jsou lineární.

   1 výkres