RU100227U1

RU100227U1 - PHOTOELECTRIC ANGLE CONVERTER

Info

Publication number: RU100227U1
Application number: RU2010132339/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Поляков; Геннадий Александрович Козлов; Сергей Анатольевич Енученко; Игорь Николаевич Степаненков
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2010-12-10

Abstract

Фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал с внутренним отверстием, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, отличающийся тем, что в кодируемом вале соосно с внутренним отверстием выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен юстировочный винт, на торцевой поверхности которого закреплен соосно с ним магнит, установленный с зазором по отношению к магниточувствительному элементу, расположенному на плате обработки между фотоприемниками, при этом юстировочный винт имеет возможность регулировки зазора между магнитом и магниточувствительным элементом. A photoelectric angle transducer comprising a housing, an encoded shaft with an internal hole installed in ball bearings, indicator and measuring disks, emitters, photodetectors, a processing board, characterized in that a threaded hole is made coaxially with the internal hole in the encoded shaft, in which an adjustment screw is installed, on the end surface of which a magnet is fixed coaxially with it, mounted with a gap with respect to the magnetically sensitive element located on the processing board between the photocopiers receivers, while the adjustment screw has the ability to adjust the gap between the magnet and the magnetically sensitive element.

Description

Полезная модель относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использована для аналого-цифрового преобразования углового положения вала в цифровой код для получения цифровой информации от управляемых объектов и ввода ее в цифровые управляющие и вычислительные машины.The utility model relates to automation and computer technology and can be used for analog-to-digital conversion of the angular position of the shaft into a digital code to obtain digital information from controlled objects and enter it into digital control and computers.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки, Преснухин Л.Н. "Фотоэлектрические преобразователи информации." М.: Машиностроение, 1974. Рис.152. С.303.Known photoelectric angle transducer containing a housing, an encoded shaft mounted in bearings, measuring and indicator disks, emitters, photodetectors and processing board, Presnukhin L.N. "Photoelectric information converters." M.: Engineering, 1974. Fig. 152. S.303.

Известный преобразователь имеет сложную конструкцию, а большие габариты и масса снижают его эксплуатационные возможности при использовании в малогабаритной аппаратуре.The known converter has a complex structure, and large dimensions and weight reduce its operational capabilities when used in small equipment.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный диск, излучатель, N фотоприемников и плату обработки, RU №63624 U1, H03M 1/24, 27.05.2007.Known photoelectric angle transducer comprising a housing, an encoded shaft mounted in bearings, a measuring disk, an emitter, N photodetectors and a processing board, RU No. 63624 U1, H03M 1/24, 05/27/2007.

В известном преобразователе отсутствует индикаторный диск с диафрагменными окнами перед фотоприемниками, что создает опасность излишней засветки в процессе поворота измерительного диска, а это снижает чувствительность и точность преобразователя.In the known Converter there is no indicator disk with aperture windows in front of the photodetectors, which creates the risk of excessive exposure during the rotation of the measuring disk, and this reduces the sensitivity and accuracy of the Converter.

Известен фотоэлектрический преобразователь угловых перемещений накапливающего типа, содержащий корпус, кодируемый вал, установленный в подшипниках, измерительный и индикаторный диски, излучатели, фотоприемники и плату обработки RU №91769 U1, G02F 7/00, 27.02.2010.Known photoelectric transducer of angular displacements of the accumulating type, comprising a housing, an encoded shaft mounted in bearings, measuring and indicator disks, emitters, photodetectors and processing board RU No. 911769 U1, G02F 7/00, 02.27.2010.

В известном преобразователе излучатели и фотоприемники расположены несимметрично относительно оси устройства, что не обеспечивает устройство одинаковой устойчивостью к ударным воздействиям в различных направлениях при различных изменениях положения преобразователя в пространстве, а это снижает его эксплуатационные возможности.In the known Converter, the emitters and photodetectors are located asymmetrically relative to the axis of the device, which does not provide the device with the same resistance to shock in different directions with various changes in the position of the converter in space, and this reduces its operational capabilities.

Известен магнитный преобразователь угла, содержащий корпус, шарикоподшипники, установленные в корпусе, вал, магнит, плату обработки, установленную в корпусе, магниточувствительный элемент, расположенный на плате обработки с зазором по отношению к магниту RU №72319 U1, G01B 7/30, H01L 43/04, 10.04.2008.A known magnetic angle converter comprising a housing, ball bearings installed in the housing, a shaft, a magnet, a processing board installed in the housing, a magnetically sensitive element located on the processing board with a gap with respect to the magnet RU No. 72319 U1, G01B 7/30, H01L 43 / 04, 04/10/2008.

В известном преобразователе регулировка зазора между магнитом и магниточувствительным элементом производится посредством регулировочных прокладок, расположенных между корпусом и платой обработки, и для проведения регулировки зазора необходимо производить разборку устройства и доработку, по меньшей мере, двух регулировочных кольцевых прокладок, что усложняет конструкцию и технологию изготовления преобразователя, а значит - повышает его стоимость.In the known converter, the gap between the magnet and the magnetically sensitive element is adjusted by means of adjusting gaskets located between the body and the processing board, and for adjusting the gap, it is necessary to disassemble the device and refine at least two adjusting ring gaskets, which complicates the design and manufacturing technology of the converter , which means it increases its value.

Известный преобразователь обладает жесткой конструкцией, но малой точностью, что снижает возможности его применения в прецизионной аппаратуре.The known converter has a rigid structure, but low accuracy, which reduces the possibility of its use in precision equipment.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий кодируемый вал, измерительный диск с двумя концентрическими растровыми дорожками, индикаторный диск с окнами для инкрементного считывания и окном нулевой метки, излучатель, фотоприемники и устройство обработки информации, DE 19521252 A1, G08C 15/06, G08C 19/00, H03M 1/22, 12.12.1996.A known photoelectric angle transducer comprising an encoded shaft, a measuring disk with two concentric raster tracks, an indicator disk with incremental reading windows and a zero mark window, an emitter, photodetectors and an information processing device, DE 19521252 A1, G08C 15/06, G08C 19/00 , H03M 1/22, 12/12/1996.

Известный преобразователь предназначен для инкрементного считывания информации и не имеет возможности абсолютного считывания информации об угле поворота преобразователя, что ограничивает возможности его применения.The known converter is designed for incremental reading of information and does not have the ability to absolutely read information about the angle of rotation of the converter, which limits its application.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла, содержащий цилиндрический корпус, кодируемый вал, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки, RU №58822 U1, H03M 1/24, 27.11.2006.Known photoelectric angle transducer containing a cylindrical housing, an encoded shaft mounted in ball bearings, indicator and measuring discs, emitters, photodetectors, processing board, RU No. 5888 U1, H03M 1/24, 11/27/2006.

Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.This technical solution is taken as the closest analogue of this utility model.

Однако оно обладает недостатками.However, it has disadvantages.

Известный преобразователь обладает жесткой, пылевлагозащищенной конструкцией, но является сложным и дорогим в изготовлении.The known converter has a rigid, dust and water tight design, but is complex and expensive to manufacture.

Для точного преобразователя с большим числом разрядов число оптопар, образованных излучателями и фотоприемниками, должно быть большим, а это увеличивает габариты, снижает надежность устройства и усложняет его конструкцию, что одновременно приводит к его удорожанию.For an accurate converter with a large number of discharges, the number of optocouplers formed by emitters and photodetectors should be large, and this increases the dimensions, reduces the reliability of the device and complicates its design, which at the same time leads to its cost increase.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей повысить надежность и эксплуатационные возможности преобразователя.The present utility model is based on a solution to a problem that improves the reliability and operational capabilities of the converter.

Технический результат настоящей полезной модели заключается в снабжении преобразователя магниточувствительным элементом и магнитом, имеющим возможность, при наличии юстировочного винта, юстировочных перемещений вдоль оси кодируемого вала для изменения зазора между ним и магниточувствительным элементом, в установке магниточувствительного элемента на плате обработки для обеспечения совместной или раздельной с фотоприемниками обработки информации (в зависимости от алгоритма) относительно угла поворота преобразователя.The technical result of this utility model is to provide the transducer with a magnetically sensitive element and a magnet, which, if there is an adjusting screw, adjusting movements along the axis of the encoded shaft to change the gap between it and the magnetically sensitive element, install a magnetically sensitive element on the processing board to provide joint or separate photodetectors processing information (depending on the algorithm) relative to the angle of rotation of the Converter.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус, кодируемый вал с внутренним отверстием, установленный в шарикоподшипниках, индикаторный и измерительный диски, излучатели, фотоприемники, плату обработки.According to a utility model, this problem is solved due to the fact that the photoelectric angle transducer comprises a housing, an encoded shaft with an internal hole installed in ball bearings, indicator and measuring disks, emitters, photodetectors, and a processing board.

В кодируемом вале соосно с внутренним отверстием выполнено резьбовое отверстие, в котором установлен юстировочный винт.In the encoded shaft, a threaded hole is made coaxially with the inner hole, in which an adjustment screw is installed.

На торцевой поверхности юстировочного винта закреплен соосно с ним магнит.A magnet is coaxially attached to the end surface of the adjustment screw.

Магнит установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу.The magnet is installed with a gap in relation to the magnetically sensitive element.

Магниточувствительный элемент расположен на плате обработки между фотоприемниками.The magnetosensitive element is located on the processing board between the photodetectors.

Юстировочный винт имеет возможность регулировки зазора между магнитом и магниточувствительным элементом.The adjustment screw has the ability to adjust the gap between the magnet and the magnetically sensitive element.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to this utility model, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - фотоэлектрический преобразователь угла, изометрия с вырезом четверти;figure 1 - photoelectric angle transducer, isometry with a quarter cut;

на фиг.2 - фотоэлектрический преобразователь угла в разрезе.figure 2 - photoelectric transducer angle in the context.

Фотоэлектрический преобразователь угла содержит:The photoelectric angle transducer contains:

Корпус - 1;Building 1;

шарикоподшипники (в корпусе 1) - 2.ball bearings (in housing 1) - 2.

Кодируемый вал - 3;The coded shaft - 3;

внутреннее отверстие (в вале 3) - 4,inner hole (in shaft 3) - 4,

резьбовое отверстие (в вале 3) - 5.threaded hole (in shaft 3) - 5.

Юстировочный винт (в отверстии 5) - 6,Adjustment screw (in hole 5) - 6,

торцевую поверхность (винта 6) - 7.end surface (screw 6) - 7.

Магнит (на поверхности 7) - 8.Magnet (on surface 7) - 8.

Измерительный диск - 9.Measuring disc - 9.

Индикаторный диск - 10.The indicator disc is 10.

Излучатели - 11.Emitters - 11.

Плату обработки - 12.Processing fee - 12.

Фотоприемники (на плате 12) - 13,Photodetectors (on board 12) - 13,

магниточувствительный элемент (на плате 12) - 14.magnetically sensitive element (on board 12) - 14.

Фотоэлектрический преобразователь угла содержит корпус 1, кодируемый вал 3, индикаторный 10 и измерительный 9 диски, излучатели 11, плату обработки 12.The photoelectric angle converter comprises a housing 1, an encoded shaft 3, an indicator 10 and a measuring disk 9, emitters 11, a processing board 12.

Кодируемый вал 3 установлен в шарикоподшипниках 2.The encoded shaft 3 is mounted in ball bearings 2.

Кодируемый вал 3 выполнен с внутренним отверстием 4 и резьбовым отверстием 5. Резьбовое отверстие 5 расположено соосно с внутренним отверстием 4.The encoded shaft 3 is made with an inner hole 4 and a threaded hole 5. The threaded hole 5 is located coaxially with the inner hole 4.

В резьбовом отверстии 5 установлен юстировочный винт 6.An adjustment screw 6 is installed in the threaded hole 5.

На торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 закреплен соосно с ним магнит 8.On the end surface 7 of the adjusting screw 6 is fixed coaxially with the magnet 8.

На плате обработки 12 размещены фотоприемники 13 (например, многоэлементные) и магниточувствительный элемент 14. Магниточувствительный элемент 14 расположен между фотоприемниками 13.On the processing board 12, photodetectors 13 (for example, multi-element) and a magnetically sensitive element 14 are placed. A magneto-sensitive element 14 is located between the photodetectors 13.

Магнит 8 установлен с зазором по отношению к магниточувствительному элементу 14.The magnet 8 is installed with a gap with respect to the magnetically sensitive element 14.

Юстировочный винт 6 имеет возможность регулировки зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14.The adjusting screw 6 has the ability to adjust the gap between the magnet 8 and the magnetically sensitive element 14.

Магниточувствительный элемент 14 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла, при этом определяется напряженность магнитного поля в двух взаимно перпендикулярных направлениях.The magnetosensitive element 14 is a special rectangular microcircuit (for example, 2SA-10 from Sentron AG), which uses the Hall effect, and determines the magnetic field strength in two mutually perpendicular directions.

Для связи с устройством регистрации (не показано) служит кабель (показан условно).To communicate with the registration device (not shown) is a cable (shown conditionally).

Фотоэлектрический преобразователь угла работает следующим образом.Photoelectric angle Converter operates as follows.

Вал пользователя устанавливают во внутреннее отверстие 4 кодируемого вала 3 преобразователя и закрепляют, например, посредством клеммного зажима (изображен условно). Угловое перемещение кодируемого вала 3 от вала пользователя (не показан) приводит к повороту измерительного диска 9 в корпусе 1, при этом световой поток от излучателей 11, пройдя через измерительный диск 9 и индикаторный диск 10, поступает на соответствующие фотоприемники 13 не перекрытые измерительным диском 9, и далее на плату обработки 12. Таким образом, каждому углу поворота кодированного вала 3 с измерительным диском 9 присуща своя комбинация электрических сигналов, идущих с фотоприемников 13, необходимых для формирования цифрового кода преобразователя в плате обработки 12, являющихся выражением данного угла поворота.The user shaft is installed in the inner hole 4 of the encoded shaft 3 of the converter and secured, for example, by means of a terminal clip (shown conditionally). The angular movement of the encoded shaft 3 from the user shaft (not shown) leads to the rotation of the measuring disk 9 in the housing 1, while the light flux from the emitters 11, passing through the measuring disk 9 and the indicator disk 10, enters the corresponding photodetectors 13 not covered by the measuring disk 9 , and then to the processing board 12. Thus, each angle of rotation of the encoded shaft 3 with the measuring disk 9 has its own combination of electrical signals coming from photodetectors 13, necessary for generating a digital code the browser in the processing board 12, which is an expression of a given angle of rotation.

Также при повороте кодируемого вала 3 с магнитом 8 происходит изменение параметров электромагнитного поля, воздействующего на магниточувствительный элемент 14, который регистрирует угол поворота магнита 8 и преобразует его совместно с другими электроэлементами (показаны условно) платы обработки 12 в электрический сигнал требуемого формата, пропорциональный величине поворота кодируемого вала 3.Also, when the encoded shaft 3 is rotated with magnet 8, the electromagnetic field changes, acting on the magnetically sensitive element 14, which registers the angle of rotation of magnet 8 and converts it together with other electrical elements (conventionally shown) of processing board 12 into an electrical signal of the required format, proportional to the amount of rotation encoded shaft 3.

Далее на плате обработки 12 сигналы от фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14 обрабатываются по специальному алгоритму и передаются в устройство регистрации (не показано) по кабелю связи (показан условно). При этом в преобразователе с абсолютным отсчетом угла поворота сигналы от магниточувствительного элемента 14 используются для формирования грубого отсчета, а сигналы от фотоприемников 13 для точного отсчета угла поворота кодируемого вала 3.Next, on the processing board 12, the signals from the photodetectors 13 and the magnetically sensitive element 14 are processed according to a special algorithm and transmitted to the registration device (not shown) via a communication cable (shown conditionally). Moreover, in a converter with an absolute reference of the angle of rotation, the signals from the magnetically sensitive element 14 are used to form a coarse reference, and signals from photodetectors 13 for an accurate reference of the angle of rotation of the encoded shaft 3.

Размещение юстировочного винта 6 во внутреннем отверстии 4 кодируемого вала 3 не увеличивает габариты преобразователя.The placement of the adjusting screw 6 in the inner hole 4 of the encoded shaft 3 does not increase the dimensions of the Converter.

Закрепление магнита 8 на торцевой поверхности 7 юстировочного винта 6 обеспечивает регулировку зазора между магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 при проведении регулировочных операций, поскольку при сборке фотоэлектрического преобразователя, с учетом толщин применяемых измерительного 9 и индикаторного 10 дисков, зазор меняется. Обеспечение возможности регулировки зазора позволяет производить настройку преобразователя и делает ее более надежной.Fixing the magnet 8 on the end surface 7 of the adjusting screw 6 provides the adjustment of the gap between the magnet 8 and the magnetically sensitive element 14 during the adjustment operations, since the gap changes during the assembly of the photoelectric transducer, taking into account the thicknesses of the used measuring 9 and indicator 10 disks. Providing the ability to adjust the gap allows you to configure the Converter and makes it more reliable.

После выполнения регулировочных операций юстировочный винт 6 фиксируется, например, посредством клея, что повышает надежность его крепления и жесткость конструкции преобразователя.After performing the adjusting operations, the adjusting screw 6 is fixed, for example, by means of glue, which increases the reliability of its fastening and the rigidity of the converter structure.

Установка магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 внутри корпуса 1 вдоль оси кодируемого вала 3 и установка магниточувствительного элемента 14 на плате обработки 12, совместно с фотоприемниками 13, делает конструкцию преобразователя компактной и не увеличивает его габаритов.The installation of the magnet 8 and the magnetically sensitive element 14 inside the housing 1 along the axis of the encoded shaft 3 and the installation of the magnetically sensitive element 14 on the processing board 12, together with photodetectors 13, makes the design of the converter compact and does not increase its dimensions.

Введение в устройство магниточувствительного элемента 14 и магнита 8, связанного с валом устройства, позволяет разместить в одной конструкции фотоэлектрический преобразователь угла и магнитный преобразователь угла без увеличения габаритов устройства, что повышает эксплуатационные возможности преобразователя.The introduction of a magnetically sensitive element 14 and a magnet 8 connected to the device shaft into the device makes it possible to place a photoelectric angle transducer and a magnetic angle transducer in one design without increasing the dimensions of the device, which increases the operational capabilities of the converter.

Кроме того, ведение в устройство магнита 8 и магниточувствительного элемента 14 позволяет выполнить в преобразователе дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3.In addition, maintaining a magnet 8 and a magnetically sensitive element 14 in the device allows an additional channel to be converted in the converter to convert the angle of rotation of the encoded shaft 3.

Дополнительный канал по преобразованию угла поворота кодируемого вала 3 (в зависимости от алгоритма обработки сигналов, идущих с фотоприемников 13 и магниточувствительного элемента 14, расположенных на плате обработке 12) создает возможности либо использовать информацию об угле поворота кодируемого вала 3 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе угла, либо выполнить резервный канал передачи угла поворота кодируемого вала 3.An additional channel for converting the angle of rotation of the encoded shaft 3 (depending on the processing algorithm of the signals coming from the photodetectors 13 and the magnetosensitive element 14 located on the processing board 12) makes it possible to either use information about the angle of rotation of the encoded shaft 3 for a rough reference of movements in the photoelectric converter angle, or perform a backup channel for transmitting the angle of rotation of the encoded shaft 3.

Обеспечение возможности использования магнита 8 с магниточувствительным элементом 14 для грубого отсчета перемещений в фотоэлектрическом преобразователе по специальному алгоритму платы обработки 12 позволяет уменьшить в нем число излучателей 11 и фотоприемников 13, используемых для снятия информации об угле поворота кодируемого вала 3, что уменьшает число оптопар в преобразователе, тем самым уменьшает его радиальные габариты, повышает его надежность и эксплуатационные возможности.Enabling the use of a magnet 8 with a magnetically sensitive element 14 for a rough reference of movements in the photoelectric converter according to a special algorithm of the processing board 12 allows it to reduce the number of emitters 11 and photodetectors 13 used to record information about the angle of rotation of the encoded shaft 3, which reduces the number of optocouplers in the converter , thereby reducing its radial dimensions, increasing its reliability and operational capabilities.

Обеспечение возможности резервного канала передачи угла поворота с магнитом 8 и магниточувствительным элементом 14 в преобразователе повышает его устойчивость и надежность при сильных механических воздействиях, а значит и эксплуатационные возможности, что особенно важно при использовании преобразователя в аппаратуре специального назначения, эксплуатируемой в условиях изменяющихся параметров окружающей среды.Providing the possibility of a backup transmission channel of the rotation angle with a magnet 8 and a magnetically sensitive element 14 in the transducer increases its stability and reliability under strong mechanical stresses, and hence operational capabilities, which is especially important when using the transducer in special equipment used in conditions of changing environmental parameters .

Предложенный фотоэлектрический преобразователь угла изготовлен промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».The proposed photoelectric angle converter was manufactured industrially at OJSC SKB IS, and the tests of the experimental batch determine, in the applicant’s opinion, that it meets the criterion of “industrial applicability”.

Claims

A photoelectric angle transducer comprising a housing, an encoded shaft with an internal hole installed in ball bearings, indicator and measuring disks, emitters, photodetectors, a processing board, characterized in that a threaded hole is made coaxially with the internal hole in the encoded shaft, in which an adjustment screw is installed, on the end surface of which a magnet is fixed coaxially with it, mounted with a gap with respect to the magnetically sensitive element located on the processing board between the photocopiers receivers, while the adjustment screw has the ability to adjust the gap between the magnet and the magnetically sensitive element.