RU2037780C1

RU2037780C1 - Fast-action contactless position transducer

Info

Publication number: RU2037780C1
Application number: RU92005840A
Authority: RU
Inventors: Николай Николаевич Милюшин; Геннадий Иванович Стасев
Original assignee: Николай Николаевич Милюшин; Геннадий Иванович Стасев
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: pulse equipment. SUBSTANCE: fast-action contactless position transducer has two inductive generators interconnected by coupling element and registering device. One of generators has positive feedback smaller than critical one. Phase comparator, for instance D flip flop, is used as registering device. EFFECT: expanded application field. 2 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике и может быть применено в устройствах промышленной автоматики. The invention relates to a pulse technique and can be applied in industrial automation devices.

Известно устройство [1] содержащее индуктивный генератор, например блокинг-генератор, амплитудный детектор, компаратор и силовой транзисторный ключ. Индуктивный генератор при отсутствии токопроводящего вещества в активной зоне устройства работает в непрерывном режиме. При появлении в активной зоне токопроводящего вещества, например пластинки из металла, колебания в генераторе срываются. Факт срыва колебаний фиксируется посредством амплитудного детектора компаратором, который в свою очередь подает сигнал управления на силовой транзисторный ключ. A device [1] containing an inductive generator, for example a blocking generator, an amplitude detector, a comparator and a power transistor switch, is known. An inductive generator in the absence of a conductive substance in the active zone of the device operates in a continuous mode. When a conductive substance, such as a metal plate, appears in the active zone, the oscillations in the generator break down. The fact of the failure of oscillations is recorded by means of an amplitude detector by a comparator, which in turn supplies a control signal to the power transistor switch.

Недостатком известного устройства [1] является низкая частота срабатывания, что обусловлено длительными процессами возбуждения генератора (процесс стабилизации амплитуды колебаний при возбуждении генератора длится примерно десять-пятнадцать периодов частоты генерации) и постоянной времени амплитудного детектора. A disadvantage of the known device [1] is the low response frequency, which is due to the long processes of excitation of the generator (the process of stabilization of the oscillation amplitude during excitation of the generator lasts about ten to fifteen periods of the generation frequency) and the time constant of the amplitude detector.

Известно также устройство [2] Оно содержит два колебательных контура, два ключевых элемента, два амплитудных детектора, компаратор напряжения, генератор импульсов и силовой транзисторный ключ. Устройство [2] работает на принципе сравнения амплитуды свободных колебаний двух звенящих контуров, один из которых взаимодействует с токопроводящим веществом, а другой служит эталонным. Устройство [2] имеет повышенную частоту срабатывания порядка десятков кГц, однако расстояние срабатывания из-за значительных пульсаций напряжения рабочего и эталонного каналов невелико. A device [2] is also known. It contains two oscillatory circuits, two key elements, two amplitude detectors, a voltage comparator, a pulse generator and a power transistor switch. The device [2] works on the principle of comparing the amplitude of free vibrations of two ringing circuits, one of which interacts with a conductive substance, and the other serves as a reference. The device [2] has an increased response frequency of the order of tens of kHz, however, the response distance due to significant ripple voltage of the working and reference channels is small.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является известное устройство [3] содержащее два индуктивных генератора, связанных между собой элементом связи, например двумя конденсаторами, которые одними выводами соединены друг с другом, а другими выводами подключены к колебательному контуру первого генератора и к колебательному контуру второго генератора соответственно, при этом между точкой соединения выводов конденсаторов и общей точкой схемы устройства подключены параллельно резистор нагрузки и регистрирующее устройство усилитель. Closest to the technical nature of the proposed device is a known device [3] containing two inductive generators connected by a coupling element, for example, two capacitors, which are connected to one terminal with one another and connected to the oscillating circuit of the first generator and the oscillating circuit the second generator, respectively, while between the connection point of the capacitor leads and the common point of the device circuit, a load resistor and a register are connected in parallel Amplifier.

Работает известное устройство [3] на принципе синхронизации колебаний двух связанных генераторов и изменения фазового сдвига сигналов генераторов, возникающего при изменении параметров одного из колебательных контуров. The known device [3] works on the principle of synchronizing the oscillations of two coupled generators and changing the phase shift of the generator signals that occurs when the parameters of one of the oscillatory circuits change.

Достоинством устройства [3] является то, что оно имеет высокую чувствительность и большое быстродействие. Однако ему свойственен существенный недостаток оно теряет упомянутые достоинства и может стать неработоспособно при разности фаз сигналов генераторов более 90^о. При этом значении разности фаз происходит срыв режима синхронизации генераторов. При достаточно сильной связи между генераторами возможно сохранение разности фаз менее 90^о, однако при этом сильно уменьшается чувствительность известного устройства.The advantage of the device [3] is that it has a high sensitivity and high speed. However, it has a significant drawback, it loses the mentioned advantages and may become inoperative when the phase difference of the signal generators is more than 90 ^about . With this value of the phase difference, the synchronization mode of the generators is disrupted. When the phase difference sufficiently strong coupling between the generators may preservation ^of less than 90, but the greatly reduced sensitivity of the known device.

Предлагаемое устройство отличается тем, что один из генераторов имеет положительную обратную связь между критической, а в качестве регистрирующего элемента применен фазовый компаратор, например D-триггер. The proposed device is characterized in that one of the generators has a positive feedback between the critical, and a phase comparator, for example, a D-trigger, is used as a recording element.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство; на фиг. 2 изображены временные диаграммы, поясняющие работу устройства. In FIG. 1 presents the proposed device; in FIG. 2 shows timing diagrams explaining the operation of the device.

Предлагаемое устройство содержит индуктивный генератор 1, индуктивный генератор 2, элемент 3 связи, фазовый компаратор 4 и силовой ключ 5. Генераторы связаны между собой через элемент 3 связи. Выходы генераторов 1 и 2 соответственно подключены к входам фазового компаратора 4. Выход фазового компаратора 4 соединен с входом силового ключа 5. Генератор 1 и генератор 2 реализованы в виде индуктивных генераторов. При этом положительная обратная связь в генераторе 1 задана меньше критической. Элемент 3 может быть выполнен в виде конденсатора, индуктивного элемента связи (винта связи), резистивного элемента. В качестве фазового компаратора может быть применен D-триггер. Причем с токопроводящей средой, например с металлом, взаимодействует только катушка индуктивности индуктивного генератора 2. The proposed device contains an inductive generator 1, an inductive generator 2, a communication element 3, a phase comparator 4 and a power switch 5. The generators are interconnected via a communication element 3. The outputs of the generators 1 and 2, respectively, are connected to the inputs of the phase comparator 4. The output of the phase comparator 4 is connected to the input of the power switch 5. Generator 1 and generator 2 are implemented as inductive generators. Moreover, the positive feedback in the generator 1 is set less critical. Element 3 can be made in the form of a capacitor, inductive coupling element (communication screw), resistive element. As a phase comparator, a D trigger can be used. Moreover, with the conductive medium, for example with metal, only the inductance coil of the inductive generator 2 interacts.

Работает предложенное устройство следующим образом. Допустим, что устройство не взаимодействует с токопроводящей средой. При включении источника питающего напряжения (не показан) в генераторе 2 возникают колебания, а в генераторе 1 нет. При этом через элемент 3 связи происходит запуск колебаний в генераторе 1 и захватывание частоты и фазы колебаний генератора 1 генератором 2. The proposed device works as follows. Assume that the device does not interact with the conductive medium. When the power supply source (not shown) is turned on, oscillations occur in the generator 2, but not in the generator 1. In this case, through the communication element 3, the oscillations in the generator 1 are started and the frequency and phase of the oscillations of the generator 1 are captured by the generator 2.

Пусть после захвата частоты установился режим, при котором генератор 1 работает на частоте захвата f₁ с фазовым сдвигом φ₁, которому соответствует момент времени t₁ (см.фиг.2). Генератор 2 работает также на частоте f₁, но имеет фазовый сдвиг φ₂, которому соответствует момент времени t₂. Сигнал U₁ поступает на вход фазового компаратора 4, например на его D-вход. Сигнал U₂ также поступает на свой вход фазового компаратора 4, например на вход С. В этом случае на выходе D-триггера фазового компаратора 4 будет присутствовать сигнал U₃ с уровнем логического "0" и силовой ключ 5 остается в закрытом состоянии.Suppose that, after the frequency capture, a mode is established in which the generator 1 operates at the capture frequency f ₁ with a phase shift φ ₁ , which corresponds to a moment in time t ₁ (see Fig. 2). The generator 2 also works at a frequency f ₁ , but has a phase shift φ ₂ , which corresponds to a point in time t ₂ . The signal U _{1 is} fed to the input of the phase comparator 4, for example, to its D-input. The signal U ₂ also goes to its input of the phase comparator 4, for example, to the input C. In this case, the signal U ₃ with the logic level “0” will be present at the output of the D-flip-flop of the phase comparator 4 and the power switch 5 remains closed.

При внесении в поле катушки индуктивности генератора 1 токопроводящего вещества, например металлической пластинки, изменяются фазовые соотношения между выходными сигналами U₁ и U₂ генератора 1 и генератора 2 соответственно. При этом на выходе D-триггера фазового компаратора 4 устанавливается сигнал U₃ с уровнем логической "1", который поступает на вход силового ключа 5 и переводит его в открытое состояние.When a conductive substance, for example, a metal plate, is introduced into the field of the inductance coil of the generator 1, the phase relations between the output signals U ₁ and U _{2 of the} generator 1 and the generator 2 change, respectively. At the same time, at the output of the D-flip-flop of the phase comparator 4, a signal U _{3 is set} with a logic level of “1”, which is fed to the input of the power switch 5 and puts it into the open state.

Аналогично предлагаемое устройство сработает при внесении в поле катушки индуктивности генератора 2 таких материалов, как пермаллой, феррит, альсифер и т.п. Similarly, the proposed device will work when you insert into the field of the inductor of the generator 2 materials such as permalloy, ferrite, alsifer, etc.

Claims

A high-speed, non-contact POSITION SENSOR containing two inductive generators connected by a communication element, and a recording device, characterized in that one of the generators has positive feedback less than critical, and a phase comparator, for example, a D-trigger, is used as a recording device.