RU200279U1 - CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE - Google Patents
CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE Download PDFInfo
- Publication number
- RU200279U1 RU200279U1 RU2020118644U RU2020118644U RU200279U1 RU 200279 U1 RU200279 U1 RU 200279U1 RU 2020118644 U RU2020118644 U RU 2020118644U RU 2020118644 U RU2020118644 U RU 2020118644U RU 200279 U1 RU200279 U1 RU 200279U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- stator
- trigger
- input
- sensor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
- G01B7/30—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- 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.Сущность заявленного решения заключается в том, что двухполюсный источник питания постоянного тока своими полюсами связан с шинами питания схемы обработки сигнала, двух логических элементов НЕ и R-S триггера, прямой выход которого связан со входом первого элемента НЕ, выход которого связан со входом второго элемента НЕ, выход которого через резистор R2 связан со входом триггера R и анодом диода VD2, катод которого связан с выходом второго элемента НЕ, а выход первого элемента НЕ через резистор R1 связан со входом триггера S и анодом диода VD1, катод которого связан с выходом первого элемента НЕ, при этом входы триггера S и R связаны, соответственно, с секторами токопроводящих пластин первого статора, а кольцевая пластина второго статора связана с минусовой шиной питания двухполюсного источника и инверсный выход R-S триггера связан со входом схемы обработки сигнала.Технический результат при реализации заявленного решения заключается в повышение крутизны выходной характеристики сигнала и достигается за счет включения емкостей датчика, создаваемых токопроводящими пластинами статора и ротора, в схему генератора, реализованного на основе R-S триггера. 2 ил.The utility model relates to measuring equipment and can be used to measure the angle of rotation of the shaft of a mechanical device. The essence of the claimed solution lies in the fact that a two-pole DC power supply is connected with its poles to the power supply buses of the signal processing circuit, two logical elements NOT and RS of the trigger, direct whose output is connected to the input of the first NOT element, the output of which is connected to the input of the second NOT element, the output of which through the resistor R2 is connected to the input of the trigger R and the anode of the diode VD2, the cathode of which is connected to the output of the second NOT element, and the output of the first NOT element through the resistor R1 connected to the input of the trigger S and the anode of the diode VD1, the cathode of which is connected to the output of the first element NOT, while the inputs of the trigger S and R are connected, respectively, to the sectors of the conductive plates of the first stator, and the annular plate of the second stator is connected to the negative power bus of the two-pole source and the inverse output of the RS flip-flop is connected to the input of the processing circuit The technical result in the implementation of the claimed solution is to increase the steepness of the output characteristic of the signal and is achieved by including the capacitances of the sensor, created by the conductive plates of the stator and rotor, in the generator circuit, implemented on the basis of the R-S trigger. 2 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 technology 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 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 the other, one of the containers increases, and the other decreases. These two capacitances with the help of resistors are included in the bridge circuit for measuring the mismatch, in which the voltage from the diagonal of the bridge enters the sensor signal processing circuit (VA Atsyukovskiy. Capacitive differential displacement sensors. Library for automation,
Известен емкостный датчик для измерения угловых перемещений (патент РФ на изобретение №2289785, МПК7, G01B 7/30, Минаев И.В., Солдатов Г.Б., опубликован 20.12.2006, Бюл. №35), 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 диэлектрического материала.Known capacitive sensor for measuring angular displacements (RF patent for invention No. 2289785, MPK7, G01B 7/30, Minaev IV, Soldatov GB, published on 20.12.2006, bull. No. 35), containing two coaxially installed and fixed stator plates, between which a rotor is placed, fixed on a rotating shaft. On one stator plate a solid annular metal element is made, and on the other stator plate an annular metal element is made in the form of at least three sectors. The rotor is made in the form of a disk sector made of a solid 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, as a result of the excessive complexity of electronic signal processing, as well as a small order of capacitance values, due to a relatively large air gap due to the structural need to locate the sector of the rotor dielectric disk between the stator plates, does not provide 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, Бюл. №25), содержащий два соосно установленных неподвижных диска статора из диэлектрического материала, между которыми помещен диск ротора, закрепленный на вращающемся валу. На одном диске статора выполнен сплошной кольцеобразный металлический элемент, а на другом диске статора выполнен кольцевой металлический элемент в виде двух секторов. Ротор выполнен в виде диска из диэлектрического материала, с одной стороны с металлическими элементами виде кольца, а с другой стороны в виде сектора.The closest to the proposed device in technical essence is a capacitive differential shaft rotation angle sensor (RF patent for useful model No. 145255, MPK7, G01B 7/30, Podlevsky N.I., Malofienko S.G., published 09/10/2014, Bul. No. 25), containing two coaxially mounted fixed stator disks made of dielectric material, between which the rotor disk is placed, fixed on the rotating shaft. On one stator disk, a solid annular metal element is made, and on the other stator disk, an annular metal element is made in the form of two sectors. The rotor is made in the form of a disc made of a dielectric material, on the one hand with metal elements in the form of a ring, and on the other hand in the form of a sector.
Данное устройство не дает преимуществ в повышении крутизны выходной характеристики датчика из-за использования мостовой схемы обработки сигнала рассогласования.This device does not offer the advantage of increasing the slope of the output characteristic of the sensor due to the use of a bridge error processing circuit.
Предлагаемая полезная модель направлена на расширение области применения емкостных дифференциальных датчиков.The proposed utility model is aimed at expanding the field of application of capacitive differential sensors.
Технический результат заключается в повышение крутизны выходной характеристики сигнала за счет включения емкостей датчика, создаваемых токопроводящими пластинами статора и ротора, в схему генератора, реализованного на основе R-S триггера.The technical result consists in increasing the steepness of the output characteristic of the signal due to the inclusion of the capacitances of the sensor, created by the conductive plates of the stator and rotor, in the generator circuit, implemented on the basis of the R-S trigger.
Технический результат достигается тем, что двухполюсный источник питания постоянного тока своими полюсами связан с шинами питания схемы обработки сигнала, двух логических элементов НЕ и R-S триггера, прямой выход которого связан с входом первого элемента НЕ, выход которого связан с входом второго элемента НЕ, выход которого через резистор R2 связан с входом триггера R и анодом диода VD2, катод которого связан с выходом второго элемента НЕ, а выход первого элемента НЕ через резистор R1 связан с входом триггера S и анодом диода VD1, катод которого связан с выходом первого элемента НЕ, при этом входы триггера S и R связаны, соответственно, с секторами токопроводящих пластин первого статора, а кольцевая пластина второго статора связана с минусовой шиной питания двухполюсного источника и инверсный выход R-S триггера связан с входом схемы обработки сигнала.The technical result is achieved by the fact that the two-pole DC power supply is connected with its poles to the power buses of the signal processing circuit, two logical elements NOT and RS of the trigger, the direct output of which is connected to the input of the first NOT element, the output of which is connected to the input of the second NOT element, the output of which through the resistor R2 is connected to the trigger input R and the anode of the diode VD2, the cathode of which is connected to the output of the second HE element, and the output of the first HE element through the resistor R1 is connected to the trigger input S and the anode of the diode VD1, the cathode of which is connected to the output of the first HE element, when In this case, the trigger inputs S and R are connected, respectively, to the sectors of the conductive plates of the first stator, and the annular plate of the second stator is connected to the negative power bus of the two-pole source and the inverse output RS of the trigger is connected to the input of the signal processing circuit.
Устройство емкостного дифференциального датчика угла поворота вала представлено на Фиг. 1 (структурно-функциональная схема) и Фиг. 2 (эпюра выходного сигнала).The device of a capacitive differential shaft rotation angle sensor is shown in FIG. 1 (structural and functional diagram) and FIG. 2 (output signal plot).
Емкостной дифференциальный датчик угла поворота вала содержит двухполюсный источник питания 1 постоянного тока (фиг. 1, а), который своими полюсами («+» и «-») подключается к R-S триггеру 2, двум элементам НЕ 17, 18, схеме обработки сигнала 16 и отрицательным полюсом к кольцевой пластине 15 второго статора 6 (вых. 3 электромеханического устройства 3). Выход R-S триггера 2 связан с входом первого элемента НЕ 17, выход которого связан с входом второго элемента НЕ 18, выход которого через резистор R2 связан с входом триггера R и анодом первого диода VD2, катод которого связан с выходом второго элемента НЕ 18, а выход первого элемента НЕ 17 через резистор R1 связан с входом триггера S и анодом второго диода VD1, катод которого связан с выходом первого элемента НЕ 17, при этом входы триггера S и R связаны, соответственно, с секторами токопроводящих пластин 10 и 11 первого статора 4, а инверсный выход R-S триггера 2 связан с входом схемы обработки сигнала 16. При этом конденсаторы C1, С2, С3, образованные токопроводящими пластинами датчика, 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, а).The capacitive differential shaft rotation angle sensor contains a two-pole DC power supply 1 (Fig. 1, a), which by its poles ("+" and "-") is connected to the
На статоре 4, со стороны ротора, выполнены в форме секторов из токопроводящего материала на диэлектрическом диске две пластины 10 и 11 (Фиг. 1, б), образующие, через воздушный зазор, совместно с пластиной 12 ротора 5 (Фиг. 1г) конденсаторы С1 и С2. 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 С1 и С2. При повороте вала в ту или другую сторону (±α) одна из емкостей (С1 или С2) увеличивается, а другая - уменьшается, тем самым формируется рассогласование сигнала.On the
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 (Фиг. 1, г).To eliminate sliding contact when transmitting the error signal, a ring-
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 С3 постоянной емкости. С неподвижных контактов пластин 10, 11, 15 конденсаторов C1, С2, С3 проводами выполнены выходы сигналов - Вых. 1, Вых. 2 и Вых. 3, при этом Вых. 1 и Вых. 2 подключены к постоянным резисторам R2 и R1 соответственно, а Вых. 3 подключен к минусовой шине (общему проводу) двухполюсного источника питания 1.On the side of the
Схема обработки 16 преобразует сигнал рассогласования F, который поступает с инверсного выхода R-S триггера 2 и представляет собой меандр (Фиг. 2) с частотой f=1/Т (например, в конкретной реализации датчика частота сигнала рассогласования составила 50 кГц), где t - текущее время, Т-период следования прямоугольных импульсов генератора, в удобную информационную форму сигнала датчика угла поворота вала 7.The
Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения питания постоянного тока с двухполюсного источника питания 1 на шины питания схемы обработки сигнала 16, двух логических элементов НЕ (17, 18) и R-S триггера 2, запускается работа генератора, реализованного на R-S триггере 2, двух логических элементах НЕ (17, 18), резисторах R1, R2, диодах VD1, VD2, емкостях С1 и С2, в результате на инверсном выходе F триггера 2 формируются прямоугольные импульсы с частотой f, определяемой параметрами R1, R2, С1 и С2 датчика. Длительность импульсов tн (Фиг. 2) будет равна 1/2 Т при нахождении вала 7 в нейтральном положении, когда 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 С1 и С2. При этом формируется сигнал F прямоугольной формы со скважностью Т/tн равной двум, т.е. длительность импульсов tн будет равна длительностям пауз сигнала.The device works as follows. When DC supply voltage is applied from a two-
При перемещении вала 7 из нейтрального положения, ротор 5 и статор 4 электромеханического устройства 3 датчика своими пластинами 10, 11 и 12 через зазор, в результате отклонения от симметричного взаимного расположения в ту или другую сторону, создают не равные емкости С1 и С2, пропорционально изменяющиеся (увеличение С1 и уменьшение С2 или наоборот) перемещению вала 7. При этом формируется сигнал F прямоугольной формы (рис. 2) со скважностью, изменяющейся на ±ΔtИ пропорционально перемещению вала 7 в пределах ± 45 градусов. Так как емкости С1 и С2 датчика непосредственно участвуют в генерации сигнала рассогласования, в скважности которого заложена информация о положении ротора 5 и вала 7 датчика, крутизна характеристики выходного сигнала возрастает на 25-30%, упрощается схема обработки сигнала и выделения его информационной части в удобную форму регистрации.When the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118644U RU200279U1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020118644U RU200279U1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU200279U1 true RU200279U1 (en) | 2020-10-15 |
Family
ID=72882782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020118644U RU200279U1 (en) | 2020-05-27 | 2020-05-27 | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU200279U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220196442A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoder |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU667799A1 (en) * | 1975-10-17 | 1979-06-15 | Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт | Capacitance-type differential angle-of-rotation sensor |
US6118283A (en) * | 1997-10-20 | 2000-09-12 | Methode Electronics, Inc. | Capacitive rotary position sensor |
DE60016395T2 (en) * | 1999-04-19 | 2006-02-09 | Netzer Precision Motion Sensors Ltd. | CAPACITIVE WAY GIVER |
RU145255U1 (en) * | 2014-04-30 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR |
JP5671255B2 (en) * | 2009-06-30 | 2015-02-18 | Ntn株式会社 | Rotation angle detection device for motor for driving automobile and bearing with rotation angle detection device |
RU162923U1 (en) * | 2016-01-28 | 2016-06-27 | 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 |
-
2020
- 2020-05-27 RU RU2020118644U patent/RU200279U1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU667799A1 (en) * | 1975-10-17 | 1979-06-15 | Ленинградский Ордена Красного Знамени Механический Институт | Capacitance-type differential angle-of-rotation sensor |
US6118283A (en) * | 1997-10-20 | 2000-09-12 | Methode Electronics, Inc. | Capacitive rotary position sensor |
DE60016395T2 (en) * | 1999-04-19 | 2006-02-09 | Netzer Precision Motion Sensors Ltd. | CAPACITIVE WAY GIVER |
JP5671255B2 (en) * | 2009-06-30 | 2015-02-18 | Ntn株式会社 | Rotation angle detection device for motor for driving automobile and bearing with rotation angle detection device |
RU145255U1 (en) * | 2014-04-30 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR |
RU162923U1 (en) * | 2016-01-28 | 2016-06-27 | 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 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220196442A1 (en) * | 2020-12-18 | 2022-06-23 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoder |
US11747174B2 (en) * | 2020-12-18 | 2023-09-05 | Texas Instruments Incorporated | Capacitive-sensing rotary encoder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3845377A (en) | Rotational angle transducer | |
KR910000099B1 (en) | Direct drive motor system | |
US3702467A (en) | Shaft position sensing device | |
US6876209B2 (en) | Capacitive angular position sensor | |
US20050195097A1 (en) | Electrostatic encoder and electrostatic displacement measuring method | |
US4963829A (en) | Shaft rotation analyzer using variable capacitance transducer maintained at a constant voltage | |
JP2001524206A (en) | Clock with capacitance detection device | |
RU200279U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF SHAFT ROTATION ANGLE | |
JP2018510353A (en) | Rotation angle measurement device and rotation angle measurement method | |
US3729728A (en) | Capacitive switching device | |
JP2011130582A (en) | Rotation detector and dc motor | |
JP2008304348A (en) | Voltage signal converting circuit and motor | |
RU145255U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR | |
AU595587B2 (en) | Movement parameter sensor | |
JP2014126455A (en) | Electrostatic capacity type detection device | |
JP2017009375A (en) | Input device | |
RU188545U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SENSOR OF ANGLE OF ROTATION OF A SHAFT | |
RU162923U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR | |
CN106706008B (en) | Differential capacitance encoder | |
CN102486369B (en) | Dual inverse variable capacitor and capacitive angular displacement sensor | |
JPH08210873A (en) | Variable capacitor and rotational angle detector using the capacitor | |
JP2018063239A (en) | Cylinder stroke sensor | |
RU173573U1 (en) | CAPACITIVE DIFFERENTIAL SHAFT ANGLE SENSOR | |
CN105043618A (en) | Capacitor torque sensor | |
JPS6020113A (en) | Rotary signal generator |