RU173573U1 - CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR - Google Patents

CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU173573U1
RU173573U1 RU2017107938U RU2017107938U RU173573U1 RU 173573 U1 RU173573 U1 RU 173573U1 RU 2017107938 U RU2017107938 U RU 2017107938U RU 2017107938 U RU2017107938 U RU 2017107938U RU 173573 U1 RU173573 U1 RU 173573U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
plates
stators
dielectric
stator
Prior art date
Application number
RU2017107938U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Григорьевич Малофиенко
Юлия Владимировна Надымова
Николай Иванович Подлевский
Original Assignee
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 Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" filed Critical Акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс"
Priority to RU2017107938U priority Critical patent/RU173573U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU173573U1 publication Critical patent/RU173573U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/30Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения угла поворота вала механического устройства.Емкости датчика выполнены в виде токопроводящих пластин на диэлектрических дисках двух статоров, содержащих по две пластины, выполненные в форме секторов из токопроводящего материала и соединенных с выводами для подключения к измерительной схеме. Оба статора расположены неподвижно в корпусе датчика. Ротор жестко связан с поворотным валом и расположен соосно со статорами так, что при повороте вала в ту или другую сторону, одни емкости увеличиваются, а другие уменьшаются. Ротор выполнен в виде диска из двухстороннего фольгированного диэлектрика, на обеих сторонах которого выполнены токопроводящие пластины из фольги в форме сектора, соединенные между собой перемычкой и обращенные в сторону двух неподвижных статоров.Технический результат, достигаемый при реализации заявленного решения, состоит в повышении крутизны выходной характеристики датчика, достигаемой за счет использования развязывающего конденсатора. 5 ил.The utility model relates to measuring technique and can be used to measure the angle of rotation of the shaft of a mechanical device. Sensor capacitances are made in the form of conductive plates on the dielectric disks of two stators, containing two plates made in the form of sectors of conductive material and connected to the terminals for connection to measuring circuit. Both stators are stationary in the sensor housing. The rotor is rigidly connected with the rotary shaft and is located coaxially with the stators so that when the shaft is rotated in one direction or another, some containers increase and others decrease. The rotor is made in the form of a disk made of double-sided foil dielectric, on both sides of which are made conductive foil plates in the form of a sector, connected by a jumper and facing towards two stationary stators. The technical result achieved by the implementation of the claimed solution consists in increasing the steepness of the output characteristic sensor achieved through the use of a decoupling capacitor. 5 ill.

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 угла поворота вала, представляющие собой две емкости, построенные конструктивно таким образом, что при повороте вала в ту или другую сторону одна из емкостей увеличивается, а другая - уменьшается.Capacitive differential sensors of the angle of rotation of the shaft are known, which are two containers constructed structurally in such a way that when the shaft is rotated in one direction or another, one of the containers increases and the other decreases.

Эти две емкости включены 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.).These two capacities are included in the sensor signal processing circuit (V. A. Atsyukovsky. Capacitive differential displacement sensors. Automation library, issue 12. Gosenergoizdat, M., L., 1960, pp. 20-22.).

Известен емкостный датчик для измерения угловых перемещений (патент РФ на изобретение № 2289785, МПК7 G01B 7/30, Минаев И.В., Солдатов Г.Б., опубл. 20.12.2006 г.), 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 трех секторов. Ротор выполнен в виде сектора диска из цельного, предпочтительно диэлектрического, материала.A known capacitive sensor for measuring angular displacements (RF patent for the invention No. 2289785, MPK7 G01B 7/30, IV Minaev, GB Soldatov, publ. 12/20/2006), 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 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 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 не дает преимуществ при использовании его в электромеханических устройствах с ограниченными углами поворота вала (менее ±90°).This sensor, due to the excessive complexity of electronic signal processing, as well as the small order of capacitance values due to the relatively large air gap due to the structural necessity of arranging a sector of the dielectric rotor disk between the stator plates, does not give advantages when used in electromechanical devices with limited shaft rotation angles (less than ± 90 °).

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала (патент РФ на полезную модель №145255, МПК7, G01B 7/30, Подлевский Н.И., Малофиенко С.Г., опубликован 10.09.2014 г.), выполненный в виде токопроводящих пластин на диэлектрических дисках двух статоров, между которыми соосно расположен ротор, выполненный в виде диска из двустороннего 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 в виде кольца, обращенная в сторону неподвижной кольцеобразной пластины второго статора.Closest to the proposed device in technical essence is a capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft (RF patent for utility model No. 145255, MPK7, G01B 7/30, Podlevsky N.I., Malofienko SG, published September 10, 2014) made in the form of conductive plates on the dielectric disks of two stators, between which the rotor is coaxially arranged, made in the form of a disk of a double-sided foil dielectric, on one side of which a conductive foil plate is made in the form of a sector facing two n movable plates of the first stator of the sensor, and on the other side of the rotor conductive plate is formed as a ring, facing towards the fixed annular second stator plate.

Данный датчик не дает преимуществ в повышении крутизны выходной характеристики датчика при использовании развязывающего конденсатора, образованного кольцеобразными пластинами ротора и второго статора, так как величина такого развязывающего конденсатора не зависит от угла поворота вала.This sensor does not give advantages in increasing the steepness of the output characteristic of the sensor when using a decoupling capacitor formed by ring-shaped plates of the rotor and the second stator, since the magnitude of such a decoupling capacitor does not depend on the angle of rotation of the shaft.

В предлагаемом устройстве указанный технический результат (повышение крутизны выходной характеристики датчика) достигается за счет использования развязывающего конденсатора. Он образован при помощи второго статора, содержащего две пластины, выполненные в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске и соединенные с выводами для подключения к измерительной схеме, и стороны ротора, обращенной ко второму статору и выполненной в виде токопроводящей пластины из фольги в форме сектора, причем токопроводящие сектора на обеих сторонах ротора соединены между собой перемычкой. При такой конструкции развязывающего конденсатора его величина тоже будет зависеть от угла поворота вала, что позволит существенно повысить крутизну выходной характеристики датчика.In the proposed device, the specified technical result (increasing the steepness of the output characteristic of the sensor) is achieved through the use of a decoupling capacitor. It is formed by a second stator containing two plates made in the form of sectors of conductive material on a dielectric disk and connected to the terminals for connection to the measuring circuit, and the rotor side facing the second stator and made in the form of a conductive foil plate in the form of a sector moreover, the conductive sectors on both sides of the rotor are interconnected by a jumper. With this design of the decoupling capacitor, its value will also depend on the angle of rotation of the shaft, which will significantly increase the steepness of the output characteristic of the sensor.

Устройство емкостного дифференциального датчика угла поворота вала представлено на фигуре.The device capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft shown in the figure.

Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала состоит из первого статора 1, ротора 2, второго статора 3, поворотного вала 4 и корпуса 5, (фиг. а). Статоры 1, 3 расположены в корпусе 5 соосно с осью вращения вала 4 и ротора 2, жестко связанного с валом 4 механического устройства 6.A capacitive differential sensor of the angle of rotation of the shaft consists of a first stator 1, a rotor 2, a second stator 3, a rotary shaft 4 and a housing 5, (Fig. A). The stators 1, 3 are located in the housing 5 coaxially with the axis of rotation of the shaft 4 and the rotor 2, rigidly connected with the shaft 4 of the mechanical device 6.

На статоре 1 (фиг. а), со стороны ротора, выполнены в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске две пластины 7 и 8 (фиг. б), образующие, через диэлектрический зазор, совместно с пластиной ротора 9 (фиг. в) конденсаторы С1 и С2 (фиг. г). Пластина 9 ротора 2, выполненного в виде диска из двухстороннего фольгированного диэлектрика, имеет форму сектора и обращена в сторону статора 1 так, что в нейтральном положении поворотного вала 4 образует через диэлектрический зазор с пластинами 7, 8 статора 1 равные площади перекрытия, т.е. равные емкости С1 и С2 (фиг. г).On the stator 1 (Fig. A), on the rotor side, two plates 7 and 8 (Fig. B) are made in the form of sectors of conductive material on a dielectric disk, forming, through a dielectric gap, together with the rotor plate 9 (Fig. C) capacitors C1 and C2 (Fig. g). The plate 9 of the rotor 2, made in the form of a disk of a double-sided foil dielectric, has the shape of a sector and faces the stator 1 so that in the neutral position of the rotary shaft 4 forms equal overlap areas through the dielectric gap with the plates 7, 8 of the stator 1, i.e. . equal capacities C1 and C2 (Fig. g).

На второй стороне ротора 2 выполнена пластина 10 из фольги в форме сектора, аналогичного сектору 9, обращенная к статору 3. Пластины 9 и 10 ротора электрически связаны друг с другом перемычкой 11.On the second side of the rotor 2, a foil plate 10 is made in the form of a sector similar to sector 9, facing the stator 3. The rotor plates 9 and 10 are electrically connected to each other by a jumper 11.

На стороне статора 3, обращенной к ротору 2, выполнены пластины 12, 13 (фиг. д) в форме двух секторов, аналогичных пластинам 7, 8 из токопроводящего материала на диэлектрическом диске, которые с пластиной 10 ротора 2 через диэлектрический зазор в нейтральном положении поворотного вала 4 образуют равные площади перекрытия, то есть равные развязывающие емкости С3 и С4, причем развязывающая емкость С3 последовательно соединяется с емкостью С1, а развязывающая емкость С4 - с емкостью С2, обеспечивая равновесие емкостей. При повороте вала в ту или другую сторону (±α) от нейтрального положения одни из емкостей (например С1, С3) увеличиваются, а две другие (С2, С4) - уменьшаются (или наоборот), тем самым формируя изменение сигналов, имеющее большую крутизну (чувствительность датчика), чем при неизменной величине развязывающей емкости.On the side of the stator 3 facing the rotor 2, plates 12, 13 (Fig. E) are made in the form of two sectors similar to plates 7, 8 of conductive material on a dielectric disk, which with the plate 10 of the rotor 2 through the dielectric gap in the neutral position of the rotary shaft 4 form equal overlap areas, that is, equal decoupling capacitances C3 and C4, and decoupling capacitance C3 connected in series with capacitance C1, and decoupling capacitance C4 with capacitance C2, ensuring equilibrium of capacities. When the shaft rotates in one direction or another (± α) from the neutral position, one of the containers (for example C1, C3) increases, and the other two (C2, C4) decrease (or vice versa), thereby forming a signal change that has a large slope (sensor sensitivity) than with a constant value of decoupling capacity.

С неподвижных контактов пластин 7, 8, 12, 13 конденсаторов C1, С2, С3 и С4 проводами выполнены выходы сигналов - Вых. 1, Вых. 2, Вых. 3 и Вых. 4, предназначенные для подключения к входам схемы обработки сигналов, которая преобразует выходные сигналы датчика угла поворота вала в удобную (требуемую) форму.From the fixed contacts of the plates 7, 8, 12, 13 of the capacitors C1, C2, C3 and C4, the outputs are the wires - Outputs. 1, Exit 2, Exit 3 and Exit. 4, designed to connect to the inputs of a signal processing circuit that converts the output signals of the shaft angle sensor into a convenient (required) form.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При нахождении вала 4 в нейтральном положении, ротор 2 и статоры 1, 3 своими пластинами 7, 8, 9, 10, 12 и 13 через диэлектрический зазор, в результате симметричного взаимного расположения создают равные емкости C1, С2, С3, С4, что, в свою очередь, создает равновесное состояние на входах схемы обработки сигналов.When the shaft 4 is in the neutral position, the rotor 2 and the stators 1, 3 with their plates 7, 8, 9, 10, 12 and 13 through the dielectric gap, as a result of the symmetrical mutual arrangement, create equal capacities C1, C2, C3, C4, which, in turn, creates an equilibrium state at the inputs of the signal processing circuit.

При угловом перемещении вала 4 в ту или другую сторону на угол ±α, пластины 9 и 10 ротора 2 переместятся относительно пластин 7, 8, 12 и 13 статоров 1 и 3, нарушая симметричное взаимное расположение пластин, что приведет, например, к увеличению С1, С3 и к уменьшению С2, С4 (или наоборот), создавая при этом рассогласование сигналов на входах схемы обработки сигналов.With the angular displacement of the shaft 4 in one direction or another by an angle ± α, the plates 9 and 10 of the rotor 2 will move relative to the plates 7, 8, 12 and 13 of the stators 1 and 3, violating the symmetrical mutual arrangement of the plates, which will lead, for example, to an increase in C1 , C3 and to a decrease in C2, C4 (or vice versa), while creating a mismatch of signals at the inputs of the signal processing circuit.

Claims (1)

Емкостный дифференциальный датчик угла поворота вала, содержащий два неподвижных статора и ротор, механически связанный с поворотным валом датчика и расположенный соосно между первым и вторым статорами через диэлектрические зазоры, причем первый статор содержит две пластины, выполненные в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске и соединенные с выводами для подключения к измерительной схеме, а 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 пластин первого статора, отличающийся тем, что второй статор также содержит две пластины, выполненные в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске и соединенные с выводами для подключения к измерительной схеме, а другая сторона ротора, обращенная ко второму статору, выполнена в виде токопроводящей пластины из фольги в форме сектора, причем токопроводящие секторы на обеих сторонах ротора соединены между собой перемычкой.A capacitive differential shaft angle sensor containing two stationary stators and a rotor mechanically coupled to the sensor rotary shaft and located coaxially between the first and second stators through dielectric gaps, the first stator containing two plates made in the form of sectors of conductive material on a dielectric disk and connected to the terminals for connection to the measuring circuit, and the rotor is made in the form of a disk of a double-sided foil dielectric, on one side of which is made a conductive foil plate in the form of a sector facing two plates of the first stator, characterized in that the second stator also contains two plates made in the form of sectors of conductive material on a dielectric disk and connected to the terminals for connection to the measuring circuit, and the other side the rotor facing the second stator is made in the form of a conductive plate of foil in the form of a sector, and the conductive sectors on both sides of the rotor are interconnected by a jumper.
RU2017107938U 2017-03-10 2017-03-10 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR RU173573U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107938U RU173573U1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017107938U RU173573U1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU173573U1 true RU173573U1 (en) 2017-08-31

Family

ID=59798308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017107938U RU173573U1 (en) 2017-03-10 2017-03-10 CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU173573U1 (en)

Cited By (1)

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

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1599644A1 (en) * 1988-04-21 1990-10-15 Московский Горный Институт Differential capacitive transducer of displacements
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres
RU145255U1 (en) * 2014-04-30 2014-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
US9303971B1 (en) * 2010-12-15 2016-04-05 The Boeing Company High aspect ratio positioning system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1599644A1 (en) * 1988-04-21 1990-10-15 Московский Горный Институт Differential capacitive transducer of displacements
RU2378618C2 (en) * 2008-02-18 2010-01-10 ФГУП "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения им.академика Н.А.Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП им.академика Н.А.Пилюгина") Wide-range stand to control angular speed metres
US9303971B1 (en) * 2010-12-15 2016-04-05 The Boeing Company High aspect ratio positioning system
RU145255U1 (en) * 2014-04-30 2014-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR

Cited By (1)

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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4092579A (en) Brushless printed circuit resolver
JP7338099B2 (en) Multi-level rotary resolver with inductive sensors
JP6821288B2 (en) Absolute type time grating angular displacement sensor based on alternating electric field
JP6262629B2 (en) Inertial sensor
US9261348B2 (en) Rotary input apparatus
CN103257010B (en) Capacity-coupling-based method for testing rotating member torsion
RU173573U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
US20100294040A1 (en) Capacitive sensor and 3-axis gyroscopic sensor utilizing capacitive sensors
RU188545U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT
RU145255U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
GB2118720A (en) Capacitive position transducers
KR101957957B1 (en) Electrostatic encoder
CN103278274B (en) Capacitive coupling-based rotating part torque testing device
JP6507347B2 (en) Capacitance type angle detector
US3121839A (en) Capacitive pickoff for displacement signal generator
US2614171A (en) Electrical apparatus for measuring angles
RU162923U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR
RU200279U1 (en) CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE
SU1035523A1 (en) Device for measuring angular accelerations
CN102636193A (en) Duplex differential capacitor sensor
RU2289785C1 (en) Capacitive pickup for measuring angular movements
RU2580637C1 (en) Capacitive displacement sensor
RU1775037C (en) Differential capacitive angle displacement transducer
JP5001577B2 (en) Position detection device
RU2521141C2 (en) Capacitance displacement sensor