RU2034300C1 - Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel - Google Patents
Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034300C1 RU2034300C1 SU5021532A RU2034300C1 RU 2034300 C1 RU2034300 C1 RU 2034300C1 SU 5021532 A SU5021532 A SU 5021532A RU 2034300 C1 RU2034300 C1 RU 2034300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- core
- conversion unit
- code disk
- plane
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть использовано для измерения частоты вращения колеса транспортного средства, например автомобиля. The invention relates to measuring equipment and automation and can be used to measure the wheel speed of a vehicle, such as a car.
Известно устройство для измерения частоты вращения колеса [1] содержащее составной кодовый диск из двух зубчатых полюсных наконечников, установленный в зоне магнитного поля чувствительный элемент в виде тороидального трансформатора с насыщающимися сердечником и двумя обмотками возбуждения и сигнальной и преобразующее устройство, состоящее из двух электронных блоков. A device for measuring the frequency of rotation of the wheel [1] containing a composite code disk of two gear pole pieces, a sensing element installed in the magnetic field in the form of a toroidal transformer with a saturable core and two field windings, and a signal and conversion device consisting of two electronic units.
Недостатками такого устройства являются сложность конструкции составного кодового диска, а также сложность устройства схемы преобразования полезного сигнала. The disadvantages of this device are the complexity of the design of the composite code disk, as well as the complexity of the device circuit conversion of the useful signal.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является датчик оборотов [2] содержащий кодовый ферромагнитный диск с аксиально намагниченными магнитами чередующейся полярности на наружной цилиндрической поверхности диска, в зоне магнитного поля которых находится чувствительный индуктивный элемент в виде насыщающегося магнитопровода, охватывающего своими концами разноименные полюса магнитов, с намотанной вокруг него электрической обмоткой, соединенной с содержащим инвертор и два усилителя преобразующим устройством, питающим обмотку напряжением высокой частоты, и обрабатывающий блок, который состоит из интегратора и преобразователя амплитуда-код и позволяет получить на выходе сигналы в виде импульсов, частота которых определяется частотой вращения кодового диска, а следовательно, и контролируемого колеса. The closest in technical essence to the proposed device is a speed sensor [2] containing a ferromagnetic code disk with axially magnetized magnets of alternating polarity on the outer cylindrical surface of the disk, in the magnetic field of which is a sensitive inductive element in the form of a saturable magnetic circuit that encompasses opposite ends of the magnets at its ends , with an electric winding wound around it, connected to a device containing an inverter and two amplifiers stvom feeding the high frequency voltage winding, and a processing unit, which consists of an integrator and amplitude code converter and allows to receive the output signals as pulses, whose frequency is determined by the frequency of the code disc rotation, and hence the controlled wheels.
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции составного кодового диска, сложность преобразующего электронного устройства с дополнительным источником питания и большим числом функциональных связей с чувствительным элементом, малая глубина изменения индуктивности катушки, что снижает эксплуатационную надежность в целом. The disadvantages of this device are the complexity of the design of the composite code disk, the complexity of the converting electronic device with an additional power source and a large number of functional connections with the sensing element, the small depth of change of the inductance of the coil, which reduces operational reliability as a whole.
Цель изобретения упрощение конструкции и повышение надежности за счет выполнения кодового диска монолитным, особого расположения подмагничивающего магнита и существенного упрощения преобразующего устройства. The purpose of the invention is to simplify the design and increase reliability by making the code disk monolithic, the special arrangement of the magnetizing magnet and a significant simplification of the conversion device.
Для этого в устройстве для бесконтактного измерения частоты вращения колеса транспортного средства, содержащем кодовый зубчатый ферромагнитный диск, магнит, в зоне которого находится чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с насыщающимся сердечником, блок преобразования, блок обработки сигналов, кодовый диск выполнен монолитным из магнитомягкого материала, магнит в виде четырехгранной призмы установлен с боковой поверхности диска в зоне чувствительного элемента и неподвижен относительно него, ось намагничивания магнита параллельна плоскости кодового диска и перпендикулярна его радиусу, нейтральная плоскость магнита является общей с плоскостью симметрии торцевой грани сердечника чувствительного элемента и проходит через центр диска, ось симметрии в направлении намагничивания грани магнита, параллельной плоскости диска, лежит в плоскости, проходящей через середину воздушного зазора между поверхностью зубца по внешней окружности диска и обращенной к этой поверхности плоскостью сердечника чувствительного элемента. To do this, in a device for non-contact measurement of the wheel speed of a vehicle containing a code gear ferromagnetic disk, a magnet in the zone of which there is a sensing element in the form of an inductor with a saturable core, a conversion unit, a signal processing unit, a code disk is made of a magnetically soft material, a magnet in the form of a tetrahedral prism is installed from the side surface of the disk in the zone of the sensing element and is stationary relative to it, the magnetization axis is magnet parallel to the plane of the code disk and perpendicular to its radius, the neutral plane of the magnet is common with the plane of symmetry of the end face of the core of the sensing element and passes through the center of the disk, the axis of symmetry in the direction of magnetization of the face of the magnet parallel to the plane of the disk lies in the plane passing through the middle of the air gap between tooth surface along the outer circumference of the disk and facing the surface of the core plane of the sensing element.
Блок преобразования построен на пассивных элементах и содержит три диода, конденсатор и резистор, начало обмотки чувствительного элемента подключено к первому входу блока преобразования, соединенного с катодом первого диода, анод которого одновременно соединен с катодом второго диода и через последовательно включенный конденсатор с вторым входом блока преобразования, анод второго диода соединен с концом обмотки чувствительного элемента, с катодом третьего диода и с первым выходом блока преобразования, анод третьего диода соединен с вторым выходом блока преобразования, а катод через последовательно включенный резистор с концом обмотки чувствительного элемента. The conversion unit is built on passive elements and contains three diodes, a capacitor and a resistor, the beginning of the winding of the sensitive element is connected to the first input of the conversion unit connected to the cathode of the first diode, the anode of which is simultaneously connected to the cathode of the second diode and through a series-connected capacitor with the second input of the conversion unit , the anode of the second diode is connected to the end of the winding of the sensing element, to the cathode of the third diode and to the first output of the conversion unit, the anode of the third diode is connected to torym output conversion unit, and a cathode through a series resistor with a winding end of the sensor element.
Упрощение конструкции кодового зубчатого диска, выполненного монолитным, простота блока преобразования, построенного на малом числе пассивных элементов с уменьшенным количеством функциональных связей, существенно упрощают все устройство и повышают его надежность. Simplification of the design of the cogged toothed disk, made integral, the simplicity of the conversion unit, built on a small number of passive elements with a reduced number of functional connections, significantly simplify the entire device and increase its reliability.
Расположение стороннего магнита, при котором его нейтральная плоскость совмещена с плоскостью симметрии торцевой грани сердечника чувствительного элемента в предлагаемом устройстве, увеличивает глубину изменения индуктивности и позволяет по сравнению с прототипом работать с увеличенным воздушным зазором между подвижной и неподвижной частями устройства, что также повышает эксплуатационную надежность. The location of the third-party magnet, in which its neutral plane is aligned with the plane of symmetry of the end face of the core of the sensing element in the proposed device, increases the depth of inductance and allows, compared with the prototype, to work with an increased air gap between the movable and stationary parts of the device, which also increases operational reliability.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения частоты вращения колеса транспортного средства; на фиг. 2 конструкция кодового диска с чувствительным элементом и сторонним магнитом; на фиг. 3 вид А на фиг. 2; на фиг. 4 магнит; на фиг. 5 электрическая схема блока преобразования; на фиг. 6 а и б диаграммы напряжений на катушке индуктивности и выходе преобразующего устройства. In FIG. 1 is a block diagram of a device for measuring a vehicle wheel speed; in FIG. 2 design of a code disk with a sensitive element and a third-party magnet; in FIG. 3, view A in FIG. 2; in FIG. 4 magnet; in FIG. 5 electrical diagram of the conversion unit; in FIG. 6 a and b of the voltage diagram on the inductor and the output of the converting device.
Устройство содержит монолитный зубчатый кодовый диск 1 из магнитомягкого материала со сторонним магнитом, чувствительный элемент 2 в виде катушки индуктивности с насыщающимся сердечником в зоне магнитного поля магнита, блок 3 преобразования и блок 4 обработки сигналов. The device comprises a monolithic
Кодовый диск 1 (фиг. 2) выполняется монолитным из магнитомягкого материала, например феррита. Чувствительный элемент 2 представляет собой катушку 5 индуктивности с П-образным насыщающимся сердечником 6, например, из феррита. Магнит 7 в виде четырехгранной призмы расположен с боковой стороны диска 1 в зоне радиального воздушного зазора, который имеется между сердечником и зубцами 8 диска. Магнит неподвижен относительно сердечника. Ось симметрии боковой грани магнита, параллельной плоскости диска, вдоль оси намагничивания лежит в плоскости, перпендикулярной радиусу диска и проходящей через середину воздушного зазора между поверхностью зубца по внешней окружности диска и обращенной к этой поверхности плоскостью сердечника чувствительного элемента. Code disk 1 (Fig. 2) is made monolithic of soft magnetic material, such as ferrite. The
Нейтральная плоскость магнита является общей с плоскостью симметрии торцевой грани сердечника, параллельной плоскости диска, и проходит через центр кодового диска. The neutral plane of the magnet is common with the plane of symmetry of the end face of the core parallel to the plane of the disk, and passes through the center of the code disk.
Ширина зубца в диске равна ширине впадины. Ширина сердечника 6 чувствительного элемента меньше ширины зубца 8 по наружной окружности диска. The width of the tooth in the disk is equal to the width of the cavity. The width of the core 6 of the sensing element is less than the width of the
На фиг. 5 показаны катушка 5 индуктивности с насыщающимся сердечником, диоды 10 12, конденсатор 13, резистор 14, входные клеммы 15 и 16 преобразующего блока и выходные клеммы 17 и 18 преобразующего блока. In FIG. 5 shows a
Входом, на который подается напряжение высокой частоты, являются клеммы 15 и 16. The input to which the high-frequency voltage is supplied are
Выходом блока преобразования являются клеммы 17 и 18, т.е. клеммы 16 и 18 являются общими и для входа, и для выхода устройства. The output of the conversion unit is
Работа предлагаемого устройства основана на изменении индуктивности катушки чувствительного элемента при вращении кодового диска. The operation of the proposed device is based on a change in the inductance of the coil of the sensing element during rotation of the code disk.
Примем за исходное первое крайнее угловое положение диска, при котором его зубец 8 находится напротив магнита 7 и перекрывает его. В этом положении свободные концы П-образного сердечника 6 чувствительного элемента замыкаются магнитопроводящим зубцом диска и индуктивность катушки максимальна, если не учитывать влияние магнита 7. Благодаря тому, что магнит 7 установлен неподвижно относительно сердечника 6, а его нейтральная плоскость лежит в плоскости торца сердечника 6, влияние магнитного поля на магнитное состояние сердечника незначительно и сердечник оказывается ненасыщенным. Если, например, удалить магнит 7, индуктивность катушки практически не изменится. При повороте диска на зубцовое деление против магнита 7 оказывается не зубец, а впадина, при этом полюса магнитов оказываются напротив соседних зубцов. Для магнита образуется замкнутая магнитная цепь и поток магнита пронизывает сердечник 6 чувствительного элемента и насыщает его. Индуктивность катушки при этом достигает своего минимума. Let us take as the initial first extreme angular position of the disk, at which its
Как уже отмечалось при угловом положении кодового диска, когда его зубец 8 находится напротив магнита (первое крайнее положение), магнит пpактически не влияет на индуктивность, сердечник не насыщен. As already noted at the angular position of the code disk, when its
В промежуточных положениях зубцов кодового диска относительно магнита 7 значение индуктивности катушки будет также промежуточным. In the intermediate positions of the teeth of the code disk relative to the
Изменение индуктивности катушки при вращении диска в дальнейшем используется в блоке преобразования. The change in the inductance of the coil during rotation of the disk is subsequently used in the conversion unit.
От источника питания высокой частоты напряжение Uп в форме меандра (фиг. 6 а) подается на вход блока преобразования (клеммы 15 и 16, фиг. 5).From a high-frequency power supply, voltage U p in the form of a meander (Fig. 6 a) is supplied to the input of the conversion unit (
Если подаваемый на вход импульс имеет положительную полярность (как показано на фиг. 6 а) в интервале времени t1 t2, то в этом случае заряжается конденсатор 13 до потенциала источника питания Uп черед открытый диод 10.If applied to the input pulse has a positive polarity (as shown in FIG. 6 as well) at time interval t 1 t 2, then the
Диод 11 при этом закрыт и не пропускает положительный импульс напряжения UL на катушку 5 индуктивности чувствительного элемента и напряжение на выходе преобразующего устройства (клеммы 17 и 18) равно нулю.The
В момент времени t2 (фиг. 6 а, б и в) изменяется полярность входного напряжения. Диод 10 закрывается, а диод 11 открывается, и в катушку 5 индуктивности подается отрицательный импульс, амплитуда которого равна сумме
UL Uп + Uс где Uп амплитуда относительного импульса входного напряжения;
Uс амплитуда напряжения на конденсаторе.At time t 2 (Fig. 6 a, b and c), the polarity of the input voltage changes. The
U L U p + U with where U p the amplitude of the relative pulse of the input voltage;
U with the amplitude of the voltage across the capacitor.
Практически происходит скачкообразное удвоение амплитуды напряжения отрицательного импульса. Через катушку 5 индуктивности при этом потечет ток, так как открыт диод 11 и создана замкнутая электрическая цепь. В катушке индуктивности происходит накопление электромагнитной энергии, которая пропорциональна индуктивности катушки Lк.In practice, an abrupt doubling of the amplitude of the negative pulse voltage occurs. In this case, a current will flow through the
В течение действия отрицательного импульса в интервале времени t2 t3 напряжение на выходе преобразующего устройства (клеммы 17 и 18) остается практически равным нулю, так как диод 12 открыт и шунтирует выход преобразующего устройства.During the action of a negative pulse in the time interval t 2 t 3, the voltage at the output of the converting device (terminals 17 and 18) remains practically equal to zero, since the diode 12 is open and bypasses the output of the converting device.
В момент времени t3 (фиг. 6 а) происходит изменение полярности входного импульса на противоположную положительную. Диод 11 запирается и остается закрытым в течение всей длительности входного положительного импульса до момента времени t4.At time t 3 (Fig. 6 a), the polarity of the input pulse changes to the opposite positive. The
Катушка 5 индуктивности с накопленной электромагнитной энергией в течение действия входного импульса положительной полярности в интервале времени t3 t4 остается отключенной от высокочастотного источника питания. Диод 12 при этом закрыт.The
Периодически запасенная в катушке индуктивности электромагнитная энергия используется для создания на выходе устройства (клеммы 17 и 18) полезных информационных сигналов в виде импульсов различной временной длительности. Длительность импульса во времени зависит и определяется угловым положением зубцов кодового диска относительно сердечника катушки индуктивности. The electromagnetic energy periodically stored in the inductor is used to create useful information signals in the form of pulses of various time durations at the output of the device (terminals 17 and 18). The pulse duration in time depends and is determined by the angular position of the teeth of the code disk relative to the core of the inductor.
Наблюдаемый переходный процесс, возникающий в катушке индуктивности в момент изменения отрицательной полярности входного сигнала на положительную, приводит к появлению на выводах 19 и 20 катушки индуктивности напряжения UL, описываемого уравнением
UL= Uo·e
τ- электромагнитная постоянная времени электрической цепи, определяемая по формуле
τ 
R активное сопротивление электрической цепи.The observed transient process that occurs in the inductor at the time of changing the negative polarity of the input signal to positive leads to the appearance on the
U L = U o · e
τ is the electromagnetic time constant of the electrical circuit, determined by the formula
τ
R the resistance of the electric circuit.
Напряжение UL имеет вид импульса, изображенного на фиг. 6 б. Благодаря тому, что диод 12 закрыт, импульс напряжения с выводов катушки индуктивности практически без искажения (сопротивление резистора 14 мало, а сопротивление нагрузки на выходе велико) передается на выходные клеммы 17 и 18 устройства для последующей обработки.The voltage U L has the form of the pulse depicted in FIG. 6 b Due to the fact that the diode 12 is closed, the voltage pulse from the terminals of the inductor is practically without distortion (the resistance of the
Как следует из приведенного выше уравнения, временная длительность T выходного импульса зависит от индуктивности катушки и активного сопротивления электрической цепи. As follows from the above equation, the time duration T of the output pulse depends on the inductance of the coil and the resistance of the electric circuit.
Резистор 14 является согласующим элементом и совместно с собственной емкостью диода 12 служит для подавления затухающих высокочастотных колебаний. The
Активное сопротивление при работе устройства остается практически постоянным, индуктивность же катушки изменяется и тем самым изменяется временная длительность выходного импульса. The active resistance during operation of the device remains almost constant, while the inductance of the coil changes and thereby changes the time duration of the output pulse.
При положении кодового диска, когда впадина диска находится напротив магнита 7 и сердечника 6 катушки индуктивности, сердечник магнитно насыщается и индуктивность катушки имеет минимальное значение Lкмин, следовательно, и электромагнитная постоянная, и временная длительность (ширина) выходного импульса T1 также минимальны.At the position of the code disk, when the cavity of the disk is opposite the
При повороте кодового диска в положение, когда зубец кодового диска перекрывает магнит и сердечник катушки, сердечник не насыщен и индуктивность катушки имеет максимальное значение Lкмакс, соответственно максимальна электромагнитная постоянная времени τ и временная длительность (ширина) выходного импульса T2 (фиг. 6 в).When the code disk is rotated to the position where the tooth of the code disk overlaps the magnet and the core of the coil, the core is not saturated and the coil inductance has a maximum value of L kmax , respectively, the maximum electromagnetic time constant τ and the time duration (width) of the output pulse T 2 (Fig. 6 )
Периодическое изменение индуктивности катушки при повороте кодового диска позволяет определить частоту вращения кодового диска. Periodic change in the inductance of the coil during rotation of the code disk allows you to determine the frequency of rotation of the code disk.
При повороте кодового диска на зубцовое деление, охватывающее ширину зубца и смежную ширину впадины, на выходе преобразующего устройства наблюдаются импульсы изменяющейся длительности от минимальной до максимальной. When the code disk is rotated by a tooth division, covering the tooth width and the adjacent cavity width, pulses of varying duration from minimum to maximum are observed at the output of the converting device.
Эта информация в виде электрических сигналов различной временной длительности подается далее на обрабатывающий блок. На выходе обрабатывающего блока получаем импульсы, измеряя число которых в единицу времени, определяем частоту вращения кодового диска и механически связанного с ним колеса транспортного средства. This information in the form of electrical signals of various time durations is fed further to the processing unit. At the output of the processing unit, we obtain pulses, measuring the number of which per unit time, we determine the frequency of rotation of the code disk and the vehicle wheel mechanically connected with it.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5021532 RU2034300C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU5021532 RU2034300C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2034300C1 true RU2034300C1 (en) | 1995-04-30 |
Family
ID=21594084
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU5021532 RU2034300C1 (en) | 1992-01-13 | 1992-01-13 | Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2034300C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103368473A (en) * | 2013-07-31 | 2013-10-23 | 天津大学 | Disc type iron-core-free permanent magnet synchronous motor controller for electric automobile hub |
-
1992
- 1992-01-13 RU SU5021532 patent/RU2034300C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 1. Патент США N 3559064, кл. G 01P 3/48, 1968. * |
| 2. Заявка ФРГ N 3223308, кл. G 01P 3/487, 1983. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103368473A (en) * | 2013-07-31 | 2013-10-23 | 天津大学 | Disc type iron-core-free permanent magnet synchronous motor controller for electric automobile hub |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100211395B1 (en) | Dc current sensor | |
| EP0130578B1 (en) | Position detecting apparatus | |
| US5399952A (en) | Electromagnetic drive system with integral position detector | |
| US4290018A (en) | Magnetic field strength measuring apparatus with triangular waveform drive means | |
| US3718872A (en) | Magnetic modulating system | |
| US6218825B1 (en) | Current sensor with self-oscillating generator circuit | |
| RU2034300C1 (en) | Device for remote measuring of rotational speed of vehicle wheel | |
| US4603295A (en) | Two-headed DC magnetic target proximity sensor | |
| US4727755A (en) | Electromagnetic flowmeter with alternating permanent magnet field | |
| JPH0131591B2 (en) | ||
| US3711724A (en) | Speed detecting device | |
| JPH0211109B2 (en) | ||
| US3507111A (en) | Electric clock | |
| RU2071061C1 (en) | Electricity meter | |
| RU2757650C1 (en) | Ferrozone magnetometric sensor | |
| SU1084629A1 (en) | Device for converting value of mechanical stresses in ferromagnetic materials to frequency of square electric pulse train | |
| JPH0510980A (en) | Current detection method | |
| RU1804635C (en) | Device for measuring electric field strength | |
| SU1270544A1 (en) | Thickness-to-time interval converter | |
| US3191053A (en) | Sign detecting system | |
| SU991305A1 (en) | Angular speed pickup | |
| SU1583889A1 (en) | Pickup of saturation degree of magnetic circuit of electric magnetic device | |
| FI67963C (en) | KOPPLINGSARRANGEMANG FOER ATT REGLERA MAGNETISERINGSSTROEM | |
| SU395720A1 (en) | MOTOR TRANSFORMER INTO ELECTRIC SIGNAL PHASE | |
| SU1478171A1 (en) | Apparatus for measuring parameters of magnetic field |