HU202654B

HU202654B - Magnetic motion sensor

Info

Publication number: HU202654B
Application number: HU123389A
Authority: HU
Inventors: Sandor Honti; Andras Bethlenfalvy; Pal Illes
Original assignee: Sandor Honti; Andras Bethlenfalvy; Pal Illes
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1991-03-28
Also published as: HUT53231A

Abstract

Mágneses mozgásérzékelő, amely tartalmaz állandó mágnest, ennek mágneskörében elrendezett érzékelő tekercset, ahol a mágneskör egy része az érzékelendő tárgyon keresztül zárul és a tárgynak az elmozdulási pálya mentén szabályos vagy szabálytalan szakaszokban váltakozó mágneses vezetőképessége van, és a találmány szerint az állandó mágnest mágnesrúd (3) képezi, amelynek egyik végéhez nagyfrekvenciás vasmag (4) illeszkedik, az érzékelőtekercs (5) a nagyfrekvenciás vasmag (4) körül van elrendezve és kivezetései jelfeldolgozó egység (6) bemenetéhez csatlakoznak, a nagyfrekvenciás vasmagnak (4) a mágnesrúddal (3) átellenes szabad vége érzékelő ablakban (10) helyezkedik el, amely az érzékelendő tárgynak a váltakozó mágneses vezetőképességű része felé van irányítva,Magnetic motion detector that contains constant Magnet, a magnet arranged in its magnet coil, where a portion of the magnetic circle is detectable the object closes and the object moves track in regular or irregular stages has alternating magnetic conductivity, and a according to the invention, the permanent magnet is a magnetic rod (3) one of which is a high-frequency iron core (4), the sensor coil (5) is high frequency arranged around the core (4) and its terminals connected to the input of the signal processing unit (6), a high frequency iron core (4) with magnetic rod (3) opposite free end of the sensor window (10) which is the object to be perceived as alternating is directed towards a magnetic conductive part

Description

A találmány tárgya mágneses mozgásérzékelő, amely tartalmaz állandó mágnest, ennek mágneskörében elrendezett érzékelő tekercset, ahol a mágneskik egy része az érzékelendő tárgyon keresztül zárul és a tárgynak az elmozdulási pálya mentén szabályos vagy szabálytalan szakaszokban váltakozó mágneses vezetőképessége van.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a magnetic motion detector comprising a permanent magnet, a sensor coil arranged in a magnetic circuit thereof, wherein a portion of the magnets are locked through the object to be sensed and have magnetic conductivity alternating along the displacement path.

Mozgás, különösen pedig forgó mozgás érzékelésére már számos megoldás ismert, ezek között van nagyszámú mágneses elven alapuló érzékelő is. A HU 146 686 lsz. szabadalom olyan tranzisztoros forgásjelző készülékre vonatkozik, amelynek impulzusadó tárcsáján vasból készült szegmensek vannak, ezzel szemben mágneses érzékelő fej helyezkedik el, és a szegmenseknek a mágneses érzékelő fej előtt történő elhaladásakor az érzékelőben indukált feszültséget tranzisztoros erősítőn keresztül egy kapcsoló jelfogó meghuzatására vagy elengedésére használták. Ez a megoldás igen-nem jellegű információt szolgáltat, tehát csak a tárcsa mozgó vagy álló helyzetének megkülönböztetésére alkalmas, nem használható a mozgási sebesség vagy valamely kitüntetett mozgási helyzet észlelésére.Many solutions for detecting motion, especially rotating motion, are already known, including a large number of magnetic sensors. No. HU 146,686. The patent relates to a transistor rotary detector having pulse transducer disks made of iron, on the other hand, having a magnetic sensor head and used to pull or relay a switch relay when the segments pass in front of the magnetic sensor head through a transistor amplifier. This solution provides very non-specific information, so it is only capable of distinguishing the moving or stationary position of the dial and cannot be used to detect movement speed or any particular motion position.

A HU 166 436 lsz. szabadalmi leírás forgó test forgó mozgásának letapogatására vonatkozó berendezést ismertet, amelynél a forgó test forgó tárcsáján több osztókör mentén több sor rövid állandó mágnes helyezkedik el, és minden körpálya mentén egy-egy álló jármon elhelyezett tekercs van elrendezve. A szabadalom részletesen kitér a több tekercs és több pálya használatának előnyeire. Egyetlen pálya esetén nagyobb fordulatszámoknál olyan nagy impulzusfrekvencia adódott, amelynek feldolgozása már nem volt lehetséges. A többpályás elrendezéssel tehát a nagyfrekvenciás jelfeldolgozás problematikáját kerülték ki.No. HU 166,436. U.S. Pat. The patent details the benefits of using multiple reels and multiple tracks. In the case of a single orbit, at higher speeds, a high pulse rate was generated that could no longer be processed. The multi-path layout thus avoided the problem of high frequency signal processing.

Bár az itt vázolt megoldás megfelelő a tárcsa forgási sebességének mérésére, az érzékelő kialakítása a mérendő tárgyba való jelentős beavatkozást igényel, hiszen azon speciális jeladó tárcsát kell kiképezni nagyszámú állandó mágnessel, és annak közelében a tárcsát kétoldalt körülfogó álló jármot kell elhelyezni.Although the solution described herein is suitable for measuring the speed of rotation of the dial, the sensor design requires significant intervention on the object to be measured, since it requires a special encoder dial with a large number of permanent magnets and a stationary vehicle surrounding the disk.

Igény van olyan mozgásérzékelőkre, amelyek a mozgó tárgyon semmilyen elem (legalábbis speciális elem) létesítését nem igénylik, ugyanakkor megfelelő pontosságú mérést tesznek lehetővé mind sebesség, mind pedig pozíció érzékelés esetén.There is a need for motion detectors that do not require any element (at least a special element) to be placed on the moving object, but allow for accurate measurement of both speed and position.

A találmány feladata olyan mágneses mozgásérzékelő létrehozása, amely ezt az igényt egyszerűen és a vizsgálandó tárgy zavarása, befolyásolása nélkül képes kielégíteni.It is an object of the present invention to provide a magnetic motion detector that can meet this need simply and without interfering with the subject being tested.

A kitűzött feladat megoldásaként mágneses mozgásérzékelőt hoztunk lére, amely tartalmaz állandó mágnest, ennek mágneskörében elrendezett érzékelő tekercset, ahol a mágneskik egy része az érzékelendő tárgyon keresztül zárul és a tárgynak az elmozdulási pálya mentén szabályos vagy szabálytalan szakaszokban váltakozó mágneses vezetőképessége van, és a találmány szerint az állandó mágnest mágnesrúd képezi, amelynek egyik végéhez nagyfrekvenciás vasmag illeszkedik, az érzékelő tekercs a nagyfrekvenciás vasmag körül van elrendezve és kivezetései jelfeldolgozó egység bemenetéhez csatlakoznak, a nagyfrekvenciás vasmagnak a mágnesrúddal átellenes szabad vége érzékelő ablakban helyezkedik el, amely az érzékelendő tárgynak a váltakozó mágneses vezetőképességű része felé van irányítva.In order to solve this problem, a magnetic motion detector is provided which comprises a permanent magnet, a sensor coil arranged in a magnetic circuit thereof, whereby a portion of the magnets are locked through the object to be detected and the object is in a regular or irregular phase along its path. the permanent magnet is formed by a magnetic bar having a high-frequency iron core at one end, a sensor coil arranged around the high-frequency iron core and its terminals connected to a signal processing unit input, direction.

Egy előnyös kiviteli alaknál a mágneses mozgásérzékelő mágnesesen nem vezető anyagból készült zárt házban van elrendezve.In a preferred embodiment, the magnetic motion detector is arranged in a closed housing made of non-magnetically conductive material.

Ennél a kiviteli alaknál célszerűen a ház külsejét cső képezi, amelynek belseje a szerkezeti elemeket körülvevő és rögzítő műgyantával van kitöltve.In this embodiment, the exterior of the housing is preferably formed by a tube filled with resin surrounding and securing the structural members.

A nagyfrekvenciás átvitel javítása érdekében az érzékelő tekercsnek kis szórt kapacitással rendelkező nagyfrekvenciás tekercselése van.In order to improve high-frequency transmission, the sensor coil has high-frequency winding with low spreading capacity.

A mágneses mozgásérzékelő egy előnyös kiviteli alakjánál a jelfeldolgozó egység impulzusérzékelőt és adott esetben impulzus erősítőt, továbbá kimeneti csatoló egységet tartalmaz.In a preferred embodiment of the magnetic motion sensor, the signal processing unit comprises a pulse sensor and optionally a pulse amplifier, and an output coupling unit.

A találmány szerinti mágneses mozgásérzékelő fel15 használható lineáris mozgás esetén a mozgás sebességének, vagy forgó mozgás esetén a fordulatszám nagyságának széles tartományon belüli pontos mérésére, továbbá adott pozíción való áthaladás tényének jelzésére.The magnetic motion detector of the present invention can be used to accurately measure the velocity of motion in linear motion or the magnitude of rotation in rotary motion, and to indicate the passage of a given position.

A mérés vagy érzékelés előnye, hogy az általa adott jel külön erősítés vagy jelformálás nélkül nagy távolságra elvezethető és ott könnyen felhasználható. Az érzékelő ablak és a mozgó tárgy felülete között a nagy érzékelési távolság (jellegzetesen 10 mm) lehetővé teszi a mérést durvább berendezések esetében is, tehát nincs szükség az érzékelő nagy pontosságú beépítésére és pozicionálására. A nagy működési határfrekvencia miatt a mérési pontosság és az érzékelési sebességtartomány nagy. Előnyként említhetjük, hogy a mágneses mozgásérzékelő nincs közvetlen mechanikai kapcsolat30 bán az érzékelt tárggyal, így annak esetleges rezgései a mérést nem befolyásolják, az élettartamot tehát nem csökkentik. Az érzékeléshez nincs szükség a vizsgált tárgyon speciális érzékelő elem, például jeladó tárcsa kialakítására, a jeladáshoz elegendő egy szokásos fogas35 kerék vagy fogasléc alkalmazása is.The advantage of measuring or sensing is that the signal it emits can be routed over long distances and can be easily used without additional amplification or signal generation. The large sensing distance (typically 10 mm) between the sensor window and the surface of the moving object allows for measurement in coarse equipment, so high precision sensor installation and positioning is not required. Because of the high operating cut-off frequency, the measurement accuracy and detection speed range are high. Advantageously, the magnetic motion sensor has no direct mechanical contact 30 with the sensed object, so that any vibrations thereon do not affect the measurement and thus do not reduce the service life. Detection does not require the use of a special sensing element, such as a transducer dial, on the test object, it is sufficient to use a conventional gear wheel or rack.

Az itt felsorolt tulajdonságok és előnyök igazolják, hogy a találmány szerinti mágneses mozgásérzékelő valóban megoldja a kitűzött feladatot és sokoldalúan felhasználható.The features and advantages listed here demonstrate that the magnetic motion detector of the present invention truly solves the intended task and is versatile.

A találmány szerinti mágneses mozgásérzékelőt a továbbiakban egy kiviteli példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az:The magnetic motion detector of the present invention will now be described in more detail with reference to an embodiment, based on the drawing. The drawing shows:

1. ábra a találmány szerinti mágneses mozgásérzékelő elvi vázlata, és aFig. 1 is a schematic diagram of a magnetic motion detector according to the invention, and

2. ábra egyenes fogazású tárgy elmozdulásának érzékelését szemlélteti.Figure 2 illustrates the detection of displacement of a straight-toothed object.

A rajzon vázolt 1 mágneses mozgásérzékelő zárt 2 házban helyezkedik el, és tengelyirányban felmágnesezett 3 mágnesrúdból, ennek egyik homlokfelületéhez illesztett nagyfrekvenciás 4 vasmagból, a 4 vasmag köré tekercselt 5 érzékelő tekercsből, továbbá az 5 érzékelő tekercs kivezetéseihez kapcsolt bemenetű 6 jelfeldolgozó egységből áll. A 3 mágnesrúd két É és D pólusát a rajzon vázoltuk. A 4 vasmagot célszerűen hengeres fer55 ritrúd képezi, amelynek egyik vége ragasztással van a 4 vasmag déli D pólusához rögzítve. Az 5 érzékelő tekercs nagyfrekvenciás kivitelben, kis szórt kapacitással készül, kivezetései rövidek, közvetlenül a 2 ház belsejében elhelyezett 6 jelfeldolgozó egység bemenetéhez csaüa60 koznak. A 2 háznak az a vége, amelynél a 4 vasmagnak a 3 mágnesrúddal átellenes vége található, mágneses szempontból nyitott és ez képezi az 1 mágneses mozgásérzékelő 10 érzékelő ablakját A 2 ház mechanikai szempontból zárt kivitelű, amely például alumíniumból vagy rézből készült külső csőből áll, és a cső belseje aThe magnetic motion detector 1 outlined in the drawing is housed in a closed housing 2 and is coupled to a signal terminal 6 connected to an axially magnetized magnetic rod 3, a high-frequency iron core 4, a sensor coil 5 wound around the iron core 4 and a sensor coil 5. The two N and D poles of the 3 magnet bars are sketched in the drawing. Preferably, the iron core 4 is a cylindrical ferrite rod having one end glued to the southern pole D of the iron core 4. The sensor coil 5 is made in a high frequency design with a low diffused capacitance, its short terminals are connected to the input of a signal processing unit 6 located directly inside the housing 2. The end of the housing 2, at which the end of the iron core 4 is opposed to the magnet rod 3, is open magnetically and forms the window 10 of the magnetic motion detector 1 The housing 2 is mechanically closed, consisting of an outer tube made of aluminum or copper inside the tube a

HU 202654 Β rajzon vázolt elemekkel együtt műgyantával van kiöntve. A 2 ház nem mágnesezhető anyagból készül, és így a 3 mágnesrúd mágneses terét a 2 ház anyaga nem befolyásolja. Az 1. ábrán a külső csövet teljes vonallal, a műgyanta szabad felületei által meghatározott homlokfeliíleteket pedig szaggatott vonallal jelöltük.EN 202654 Β is cast with resin in combination with the elements outlined in the drawing. The housing 2 is made of a non-magnetizable material so that the magnetic field of the magnet rod 3 is not affected by the material of the housing 2. In Figure 1, the outer tube is marked with a full line, and the front surfaces defined by the free surfaces of the resin are indicated by a dashed line.

A 6 jelfeldolgozó egység jelformáló és erősítő áramkört, továbbá kimeneti csatoló egységet tartalmaz, amely információként az impulzusjeleket megfelelően kis impedancián 7,8 kimeneti vonalakhoz illeszti. Alternatív lehetőséget képez analóg kimenetű, integráló típusú frekvenciamérő kialakítása a 6 jelfeldolgozó egységben, amely az impulzusok frekvenciájával arányos feszültség- vagy áramjeleket szolgáltat A 6 jelfeldolgozó egység tápfeszültségellátását 9 csatlakozáson keresztül kívülről biztosítjuk.The signal processing unit 6 comprises a signal forming and amplifying circuit, and an output coupling unit which, for information, matches the impulse signals to output lines 7.8 at a sufficiently low impedance. Alternatively, an integrator type analogue output frequency meter may be provided in the signal processing unit 6 which provides voltage or current signals proportional to the pulse frequency.

A találmány szerinti 1 mágneses mozgásérzékelő olyan tárgyak mozgásának (elmozdulásának) érzékelésére alkalmas, amelyek valamely része a 10 érzékelő ablak előtt elhalad, és elhaladása során a 3 mágnesrúd által létrehozott mágneses teret időszakosan eltorzítja. Ilyen eltorzításnak tekintendő a mágneskörbe bevitt mágneses impedancia változása, amely létrejöhet a tárgynak a 10 érzékelő ablakkal szemközt kialakított hornyai révén változó mágneses permeabilitásából vagy a mágnesezhető anyagú tárgyon kialakított nem mágnesezhető betétek (pl. réz vagy alumínium szegmensek) periodikus elhelyezése révén.The magnetic motion detector 1 according to the invention is capable of detecting the movement (movement) of objects, some of which pass in front of the sensing window 10 and, during its passage, periodically distort the magnetic field created by the magnetic rod 3. Such distortion is considered to be the change in magnetic impedance applied to the magnet circuit, which may result from the varying magnetic permeability of the object through the grooves facing the sensor window 10, or from non-magnetizable inserts on the magnetizable object (e.g., copper or aluminum).

Az 1. ábrán az érzékelendő tárgyat 11 fogazott tárcsa képezi, amelynek 12 fogai és a közöttük lévő hornyok a 10 érzékelő ablak előtt váltakozva elhaladnak és eközben az 5 érzékelő tekercsben feszültségimpulzust keltenek. Az impulzusok száma függ a 11 fogazott tárcsa fordulatszámátől és a fogak számától. Fordulatszám méréséhez célszerű egyenletes osztásban kialakított fogazás alkalmazása, helyzetérzékeléshez elegendő az érzékelendő helyzetnek vagy helyzeteknek megfelelően elrendezett hornyok kialakítása. Ez utóbbi esetben a 6 jelfeldolgozó egységet alkalmassá tesszük egyetlen impulzus fázishelyes érzékelésére.In Fig. 1, the object to be sensed is a toothed disc 11 whose teeth 12 and the grooves between them pass alternately in front of the sensor window 10, thereby generating a voltage pulse in the sensor coil 5. The number of pulses depends on the speed of the toothed wheel 11 and the number of teeth. For measuring the speed, it is advisable to use a uniformly divided tooth, and for positioning it is sufficient to create grooves arranged according to the position or situations to be detected. In the latter case, the signal processing unit 6 is adapted to phase-detect a single pulse.

Lineáris elmozdulás érzékelésénél a 2. ábra szerinti 13 egyenes fogazással rendelkező elemet mozdítunk el a 10 érzékelő ablak előtt. Ekkor az elmozdulási sebesség a fogosztásból és az impulzusok számából meghatározható.In the case of linear displacement sensing, the straight-toothed member 13 of Fig. 2 is moved in front of the sensor window 10. The displacement velocity can then be determined from the tooth pitch and the number of pulses.

A 4 vasmag és az 5 érzékelő tekercs nagyfrekvenciás kivitele, valamint a 6 jelfeldolgozó egységnek a 2 házban való elrendezése mellett megfelelő érzékenységet kapunk 10-15 mm-es légrés (tehát a 10 érzékelő ablak és a tárgy közötti távolság) alkalmazása esetén is, és ez a nagy légrés a felhasználási lehetőségeket nagymértékben kiterjeszti. A nagyfrekvenciás érzékelés felső határfrekvenciája ilyen légrés esetében is másodpercenként 50 000-100 000 impulzus körül van. Ez a határfrekvencia nagy fordulatszám és sebesség tartományban pontos mérést tesz lehetővé.In addition to the high frequency design of the iron core 4 and the sensor coil 5 and the arrangement of the signal processing unit 6 in the housing 2, a sensitivity of 10-15 mm (i.e. the distance between the sensor window 10 and the object) is obtained and the large air gap extends the possibilities of use to a great extent. Even with such an air gap, the upper limit of high frequency detection is around 50,000 to 100,000 pulses per second. This cut-off frequency allows accurate measurement over a high speed and speed range.

A találmány szerinti 1 mágneses mozgásérzékelő előnye, hogy a kimeneti jelet a csatlakozó vonalhoz illesztett szinten adja ki, és ezáltal a jelfeldolgozó központtól nagy távolságban is telepíthető.The advantage of the magnetic motion detector 1 according to the invention is that it outputs the output signal at a level adapted to the connection line and thus can be installed at a great distance from the signal processing center.

Claims

A magnetic motion detector comprising a permanent magnet, a sensor coil arranged in a magnetic circuit thereof, wherein a portion of the magnetic circuit closes through the object to be detected and the object has a magnetic conductivity alternating in regular or irregular sections along its path. (3) having a high-frequency iron core (4) at one end thereof, a sensor coil (5) arranged around the high-frequency iron core (4) and connected to an input of a signal processing unit (6) with the magnetic rod (3) Opposite free end thereof is located in a sensor window (10) which is directed towards the alternating magnetic conductive part of the object to be detected.

Magnetic motion detector according to claim 1, characterized in that it is arranged in a closed housing (2) made of non-conductive material.

Magnetic motion detector according to Claim 2, characterized in that the housing (2) is formed by a tube, the interior of which is filled with a resin which surrounds and secures the structural members.

4. Magnetic motion detector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the detector coil (5) has a high frequency coil with low dispersion capacity.

5. Magnetic motion detector according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the signal processing unit (6) comprises a pulse sensor and optionally a pulse amplifier and an output coupling unit.