RU145255U1 - CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR - Google Patents

CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU145255U1
RU145255U1 RU2014117896/28U RU2014117896U RU145255U1 RU 145255 U1 RU145255 U1 RU 145255U1 RU 2014117896/28 U RU2014117896/28 U RU 2014117896/28U RU 2014117896 U RU2014117896 U RU 2014117896U RU 145255 U1 RU145255 U1 RU 145255U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
stator
rotor
plates
dielectric
Prior art date
Application number
RU2014117896/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Подлевский
Сергей Григорьевич Малофиенко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority to RU2014117896/28U priority Critical patent/RU145255U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU145255U1 publication Critical patent/RU145255U1/en

Links

Abstract

1. Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала, содержащий двухполюсный источник питания переменного синусоидального напряжения, электрически связанный через обмотки трансформатора одним полюсом через постоянные резисторы с двумя неподвижными пластинами, выполненными в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске первого статора датчика, а другим полюсом - с неподвижной пластиной, выполненной в форме кольца из токопроводящего материала на диэлектрическом диске второго статора датчика, причем две неподвижные пластины первого статора связаны со схемой обработки сигнала датчика, а ротор механически связан с поворотным валом датчика и расположен соосно между первым и вторым статорами датчика с двухсторонним воздушным зазором, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска из двухстороннего фольгированного диэлектрика, на одной стороне которого выполнена токопроводящая пластина из фольги в виде сектора, обращенная в сторону двух неподвижных пластин первого статора датчика, а на другой стороне ротора выполнена токопроводящая пластина из фольги в виде кольца, обращенная в сторону неподвижной пластины второго статора датчика, при этом обе пластины ротора электрически связаны между собой.2. Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала по п. 1, отличающийся тем, что воздушные зазоры между токопроводящими пластинами первого статора и ротора и между токопроводящими пластинами второго статора и ротора заполнены диэлектрической пленкой (например, из лавсана) или эластичной диэлектрической смазкой.1. A capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft, containing a bipolar power supply of alternating sinusoidal voltage, electrically connected through the transformer windings with one pole through constant resistors with two fixed plates made in the form of sectors of conductive material on the dielectric disk of the first sensor stator, and the other pole - with a fixed plate made in the form of a ring of conductive material on the dielectric disk of the second sensor stator, and two not the movable plates of the first stator are connected to the sensor signal processing circuit, and the rotor is mechanically connected to the rotary shaft of the sensor and is located coaxially between the first and second sensor stators with a two-sided air gap, characterized in that the rotor is made in the form of a disk of a double-sided foil dielectric, on one side which is made of a conductive plate of foil in the form of a sector facing the two fixed plates of the first stator of the sensor, and on the other side of the rotor is made of a conductive plate Tin foil in the form of rings, turned towards the fixed plate of the sensor of the second stator, wherein the two rotor plates are electrically connected soboy.2. A capacitive differential shaft angle sensor according to claim 1, characterized in that the air gaps between the conductive plates of the first stator and the rotor and between the conductive plates of the second stator and the rotor are filled with a dielectric film (for example, from Dacron) or elastic dielectric grease.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения угла поворота вала механического устройства.The utility model relates to measuring technique and can be used to measure the angle of rotation of the shaft of a mechanical device.

Известны емкостные дифференциальные датчики углового вращения вала, представляющие собой две последовательно включенные емкости, построенные конструктивно таким образом, что при вращении вала в ту или другую сторону одна из емкостей увеличивается, а другая - уменьшается. Эти две емкости с помощью резисторов включены в мостовую схему измерения рассогласования, в которой напряжение с диагонали моста поступает в схему обработки сигнала датчика (В.А. Ацюковский. Емкостные дифференциальные датчики перемещения. Библиотека по автоматике, выпуск 12. Госэнергоиздат, М., Л., 1960 г. Стр. 20-22.).Known are capacitive differential sensors of angular rotation of the shaft, which are two series-connected containers constructed structurally in such a way that when the shaft rotates in one direction or another, one of the containers increases and the other decreases. These two capacitors with the help of resistors are included in the bridge mismatch measuring circuit, in which the voltage from the diagonal of the bridge enters the sensor signal processing circuit (V. A. Atsyukovsky. Capacitive differential displacement sensors. Automation library, issue 12. Gosenergoizdat, M., L ., 1960, pp. 20-22.).

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является емкостной датчик для измерения угловых перемещений (патент РФ на изобретение №2289785, МПК 7, G01B 7/30, Минаев И.В., Солдатов Г.Б., опубликован 20.12.2006), содержащий две соосно установленные и неподвижные пластины статора, между которыми помещен ротор, закрепленный на вращающемся валу. На одной пластине статора выполнен сплошной кольцеобразный металлический элемент, а на другой пластине статора выполнен кольцевой металлический элемент в виде, по меньшей мере, трех секторов. Ротор выполнен в виде сектора диска из цельного, предпочтительно диэлектрического, материала.Closest to the proposed device in technical essence is a capacitive sensor for measuring angular displacements (RF patent for the invention No. 2289785, IPC 7, G01B 7/30, IV Minaev, GB Soldatov, published on December 20, 2006), containing two coaxially mounted and fixed stator plates, between which a rotor is mounted, mounted on a rotating shaft. A continuous annular metal element is made on one stator plate, and an annular metal element in the form of at least three sectors is made on the other stator plate. The rotor is made in the form of a sector of the disk of a solid, preferably dielectric, material.

Данный датчик не дает преимуществ при использовании его в электромеханических устройствах с ограниченными углами поворота вала (менее ±90°) в результате излишней сложности электронной обработки сигнала, а также малого порядка значений емкостей вследствие относительно большого воздушного зазора из-за конструктивной необходимости расположения между пластинами статора сектора диэлектрического диска ротора.This sensor does not give advantages when used in electromechanical devices with limited shaft rotation angles (less than ± 90 °) due to the excessive complexity of electronic signal processing, as well as a small order of capacitance values due to the relatively large air gap due to the structural need to be placed between the stator plates sector dielectric rotor disk.

В предлагаемом устройстве указанный технический результат достигается за счет максимального приближения токопроводящих пластин статора и ротора (выполненных в виде дисков из двухстороннего фольгированного диэлектрика) друг к другу и дифференциального включения резистивно-емкостного моста датчика в схему обработки сигнала рассогласования.In the proposed device, the specified technical result is achieved due to the maximum approximation of the conductive plates of the stator and rotor (made in the form of disks of a double-sided foil dielectric) to each other and the differential inclusion of the resistive-capacitive sensor bridge in the error signal processing circuit.

Устройство емкостного дифференциального датчика угла поворота вала представлено на Фиг. 1 (структурно-функциональная схема) и Фиг. 2 (конструктивная схема).The device of a capacitive differential shaft angle sensor is shown in FIG. 1 (structural and functional diagram) and FIG. 2 (structural diagram).

Емкостной дифференциальный датчик угла поворота вала содержит двухполюсный источник питания 1 переменного синусоидального напряжения, который через обмотки трансформатора 2 запитывает резистивно-емкостной мост, состоящий из R1, R2, C1, C2, C3. При этом конденсаторы конструктивно выполнены в электромеханическом устройстве 3, состоящем из первого статора 4, ротора 5, второго статора 6, поворотного вала 7 и корпуса 8. Статоры 4, 6 расположены в корпусе 8 соосно с осью вращения вала 7 и ротора 5, жестко связанного с валом 7 механического устройства 9 (Фиг. 1).The capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft contains a bipolar power source 1 of an alternating sinusoidal voltage, which feeds a resistive-capacitive bridge through the windings of the transformer 2, consisting of R1, R2, C1, C2, C3. In this case, the capacitors are structurally made in an electromechanical device 3, consisting of a first stator 4, a rotor 5, a second stator 6, a rotary shaft 7 and a housing 8. The stators 4, 6 are located in the housing 8 coaxially with the axis of rotation of the shaft 7 and the rotor 5, rigidly connected with a shaft 7 of the mechanical device 9 (Fig. 1).

На статоре 4 (Фиг.2а), со стороны ротора, выполнены в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске две пластины 10 и 11 (Фиг.2б), образующие, через воздушный зазор, совместно с пластиной ротора 12 (Фиг.2г) конденсаторы C1 и C2. Пластина 12 ротора 5, выполненного в виде диска из двухстороннего фольгированного диэлектрика, имеет форму сектора и обращена в сторону статора 4 так, что в нейтральном положении поворотного вала 7 образует через зазор с пластинами 10, 11 статора 4 равные площади перекрытия, т.е. равные емкости C1 и C2. При повороте вала в ту или другую сторону (±α) одна из емкостей (C1 или C2) увеличивается, а другая - уменьшается, тем самым формируется рассогласование сигнала на диагонали моста R1, R2, C1, C2.On the stator 4 (Fig.2a), on the rotor side, two plates 10 and 11 (Fig.2b) are made in the form of sectors of conductive material on a dielectric disk, forming, through an air gap, together with the rotor plate 12 (Fig.2d) capacitors C1 and C2. The plate 12 of the rotor 5, made in the form of a disk of double-sided foil-coated dielectric, has the shape of a sector and faces the stator 4 so that in the neutral position of the rotary shaft 7 forms equal overlap areas through the gap with the plates 10, 11 of the stator 4, i.e. equal capacities C1 and C2. When the shaft rotates in one direction or another (± α), one of the containers (C1 or C2) increases and the other decreases, thereby creating a signal mismatch on the diagonal of the bridge R1, R2, C1, C2.

Для устранения скользящего контакта при передаче сигнала рассогласования, на второй стороне ротора 5 выполнена пластина 13 в форме кольца, обращенная к статору 6. Пластины 12 и 13 ротора электрически связаны друг с другом проводом 14.To eliminate the sliding contact when transmitting the error signal, on the second side of the rotor 5 there is a ring-shaped plate 13 facing the stator 6. The rotor plates 12 and 13 are electrically connected to each other by a wire 14.

На стороне статора 6, обращенной к ротору 5, выполнена пластина 15 (Фиг.2в) в форме кольца из токопроводящего материала на диэлектрическом диске, которая с пластиной 13 ротора 5, через зазор, образует конденсатор C3 постоянной емкости. С неподвижных контактов пластин 10, 11, 15 конденсаторов C1, C2, C3 проводами выполнены выходы сигналов - Вых. 1, Вых. 2 и Вых. 3, при этом Вых. 1 и Вых. 2 подключены к постоянным резисторам R1 и R2 соответственно, а Вых. 3 подключен к обмотке трансформатора 2.On the side of the stator 6, facing the rotor 5, there is a plate 15 (Fig. 2c) in the form of a ring of conductive material on a dielectric disk, which with the plate 13 of the rotor 5, through the gap, forms a capacitor C3 of constant capacity. From the fixed contacts of the plates 10, 11, 15 of the capacitors C1, C2, C3, the outputs of the signals - Outputs are made by wires. 1, Exit 2 and Exit. 3, with Exit. 1 and Exit. 2 are connected to the constant resistors R1 and R2, respectively, and Output. 3 is connected to the winding of transformer 2.

Вых. 1 и Вых. 2 подключены также на вход схемы обработки 16 сигнала рассогласования моста R1, R2, C1, C2, которая преобразует напряжение с диагонали моста в удобную (требуемую) форму сигнала датчика угла поворота вала 7.Out 1 and Exit. 2 are also connected to the input of the processing circuit 16 of the mismatch signal of the bridge R1, R2, C1, C2, which converts the voltage from the bridge diagonal into a convenient (required) waveform of the shaft angle sensor 7.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При питании моста R1, R2, C1, C2 переменным синусоидальным током от источника питания 1 через трансформатор 2 и развязывающий конденсатор C3, на диагонали моста формируется синусоидальное напряжение, которое содержит информацию о величине емкостей датчика C1 и C2, величины которых меняются пропорционально углу поворота вала. Диагональ моста по дифференциальной схеме подключена на вход схемы обработки сигнала 16 датчика, в которой измеряются разности фаз напряжений плеч моста и, например, формируется переменный прямоугольный сигнал, частота которого равна частоте источника питания 1, а его длительность (или скважность) пропорциональна углу поворота вала 7.When the bridge R1, R2, C1, C2 is supplied with alternating sinusoidal current from the power source 1 through the transformer 2 and the decoupling capacitor C3, a sinusoidal voltage is generated on the diagonal of the bridge, which contains information about the value of the capacitance of the sensor C1 and C2, the values of which vary in proportion to the angle of rotation of the shaft . The differential diagonal of the bridge is connected to the input of the sensor signal processing circuit 16, in which the phase differences of the bridge arm voltages are measured and, for example, an alternating rectangular signal is generated, the frequency of which is equal to the frequency of the power source 1, and its duration (or duty cycle) is proportional to the angle of rotation of the shaft 7.

При нахождении вала 7 в нейтральном положении, ротор 5 и статор 4 электромеханического устройства 3 датчика своими пластинами 10, 11 и 12 через зазор, в результате симметричного взаимного расположения, создают равные емкости C1 и C2. При этом схема обработки сигнала 16 сформирует на выходе переменный прямоугольный сигнал со скважностью равной двум, т.е. его длительность будет равна паузе.When the shaft 7 is in the neutral position, the rotor 5 and the stator 4 of the electromechanical device 3 of the sensor with their plates 10, 11 and 12 through the gap, as a result of a symmetrical mutual arrangement, create equal capacities C1 and C2. In this case, the signal processing circuit 16 will generate an alternating rectangular signal with a duty cycle equal to two, i.e. its duration will be equal to a pause.

При угловом перемещении вала 7 в ту или другую сторону на угол ±α (в пределах ±90°), пластина 12 ротора 5 переместится относительно пластин 10 и 11 статора 4, нарушая симметричное взаимное расположение пластин и создавая разные величины емкостей C1 и C2. При этом схема обработки сигнала 16 сформирует на выходе переменный прямоугольный сигнал, скважность которого будет или меньше, или больше двух, в зависимости от направления поворота вала 7 от нейтрального положения и будет пропорциональна углу поворота.With the angular displacement of the shaft 7 in one direction or another by an angle ± α (within ± 90 °), the plate 12 of the rotor 5 will move relative to the plates 10 and 11 of the stator 4, violating the symmetrical mutual arrangement of the plates and creating different values of capacitances C1 and C2. In this case, the signal processing circuit 16 will generate an alternating rectangular signal at the output, the duty cycle of which will be either less or more than two, depending on the direction of rotation of the shaft 7 from the neutral position and will be proportional to the angle of rotation.

Claims (2)

1. Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала, содержащий двухполюсный источник питания переменного синусоидального напряжения, электрически связанный через обмотки трансформатора одним полюсом через постоянные резисторы с двумя неподвижными пластинами, выполненными в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске первого статора датчика, а другим полюсом - с неподвижной пластиной, выполненной в форме кольца из токопроводящего материала на диэлектрическом диске второго статора датчика, причем две неподвижные пластины первого статора связаны со схемой обработки сигнала датчика, а ротор механически связан с поворотным валом датчика и расположен соосно между первым и вторым статорами датчика с двухсторонним воздушным зазором, отличающийся тем, что ротор выполнен в виде диска из двухстороннего фольгированного диэлектрика, на одной стороне которого выполнена токопроводящая пластина из фольги в виде сектора, обращенная в сторону двух неподвижных пластин первого статора датчика, а на другой стороне ротора выполнена токопроводящая пластина из фольги в виде кольца, обращенная в сторону неподвижной пластины второго статора датчика, при этом обе пластины ротора электрически связаны между собой.1. A capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft, containing a bipolar power supply of alternating sinusoidal voltage, electrically connected through the transformer windings with one pole through constant resistors with two fixed plates made in the form of sectors of conductive material on the dielectric disk of the first sensor stator, and the other pole - with a fixed plate made in the form of a ring of conductive material on the dielectric disk of the second sensor stator, and two not the movable plates of the first stator are connected to the sensor signal processing circuit, and the rotor is mechanically connected to the rotary shaft of the sensor and is located coaxially between the first and second sensor stators with a two-sided air gap, characterized in that the rotor is made in the form of a disk of a double-sided foil dielectric, on one side which is made of a conductive plate of foil in the form of a sector facing the two fixed plates of the first stator of the sensor, and on the other side of the rotor is made of a conductive plate Tin foil in the form of rings, turned towards the fixed plate of the sensor of the second stator, wherein the two rotor plates are electrically interconnected. 2. Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала по п. 1, отличающийся тем, что воздушные зазоры между токопроводящими пластинами первого статора и ротора и между токопроводящими пластинами второго статора и ротора заполнены диэлектрической пленкой (например, из лавсана) или эластичной диэлектрической смазкой.
Figure 00000001
2. A capacitive differential shaft angle sensor according to claim 1, characterized in that the air gaps between the conductive plates of the first stator and the rotor and between the conductive plates of the second stator and the rotor are filled with a dielectric film (for example, from Dacron) or elastic dielectric grease.
Figure 00000001
RU2014117896/28U 2014-04-30 2014-04-30 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR RU145255U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117896/28U RU145255U1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014117896/28U RU145255U1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU145255U1 true RU145255U1 (en) 2014-09-10

Family

ID=51540777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014117896/28U RU145255U1 (en) 2014-04-30 2014-04-30 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU145255U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173573U1 (en) * 2017-03-10 2017-08-31 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
RU188545U1 (en) * 2018-08-27 2019-04-16 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
RU200279U1 (en) * 2020-05-27 2020-10-15 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU173573U1 (en) * 2017-03-10 2017-08-31 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
RU188545U1 (en) * 2018-08-27 2019-04-16 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
RU200279U1 (en) * 2020-05-27 2020-10-15 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3845377A (en) Rotational angle transducer
US7199727B2 (en) Electrostatic encoder and electrostatic displacement measuring method
US20100148802A1 (en) Capacitance-type encoder
RU145255U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
US5872408A (en) Capacitive sensor for indicating position
JP2020532746A (en) Absolute type time grating angular displacement sensor based on alternating electric field
JP2023103436A (en) Multi-level rotational resolvers using inductive sensors
US3729728A (en) Capacitive switching device
US9810550B2 (en) Position detection device
CN103257010B (en) Capacity-coupling-based method for testing rotating member torsion
GB2118720A (en) Capacitive position transducers
RU188545U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
KR20160031827A (en) Step motor and system for driving step motor
JP6417287B2 (en) Input device
RU200279U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE
US2527215A (en) Position-type telemeter transmitter
RU162923U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
RU173573U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
JPH0672901B2 (en) Capacitance-voltage conversion circuit
US20150145531A1 (en) Method, system and apparatus for capacitive sensing
JP2017072468A (en) Input device
JPS6350717A (en) Apparatus for measuring moving quantity
RU2428666C1 (en) Device for noncontact measurement of torque
US20220187563A1 (en) Autofocus actuator control method
CN105043618A (en) Capacitor torque sensor