RU2044999C1

RU2044999C1 - Converter of linear translations

Info

Publication number: RU2044999C1
Authority: RU
Inventors: М.Ю. Виноградов; А.Г. Охота; С.В. Терещенко; В.В. Юзвинкевич
Original assignee: Терещенко Станислав Васильевич
Priority date: 1992-03-24
Filing date: 1992-03-24
Publication date: 1995-09-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: converter of linear translations has electron unit and primary pickup of induction type. Pickup is composed of two magnetic circuits, cylindrical rule and signal head in the form of bushing. Grooves are made in adjacent cylindrical surfaces. Grooves can be screw-like. Coarse and accurate reading windings are dropped in grooves. Output signals change in function of linear translation with periodicity equal to pitch of screw grooves. EFFECT: exclusion of ambiguity when electron unit converts output signals into digital code. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и регулирования и может быть применено в станкостроении, робототехнике и в других отраслях. The invention relates to devices for automatic control and regulation and can be used in machine tools, robotics and other industries.

Известны преобразователи линейных перемещений, состоящие из электронного блока и первичного датчика. Электронный блок содержит схему измерения выходного сигнала первичного датчика и регистр, с выхода которого выдается выходной сигнал в цифровом коде. Первичный датчик содержит магнитопроводящий цилиндрический шток с двухзаходными винтовыми пазами, в которые уложены проводники входной обмотки, и коаксиально охватывающую его с зазором цилиндрическую втулку из ферромагнитного материала. Сигнальным элементом является цилиндрическая втулка из электропроводящего немагнитного материала, имеющая винтовые вырезы, соединенная с подвижным объектом, перемещающим ее в осевом направлении в зазоре между штоком и ферромагнитной цилиндрической втулкой [1] При подаче на входную обмотку переменного напряжения, проходящий через нее ток изменяется от некоторого минимального значения до максимальной величины в функции линейного перемещения подвижного объекта. Known converters of linear displacements, consisting of an electronic unit and a primary sensor. The electronic unit contains a circuit for measuring the output signal of the primary sensor and a register from the output of which an output signal is generated in a digital code. The primary sensor contains a magnetically conductive cylindrical rod with two-way helical grooves in which the conductors of the input winding are laid, and a cylindrical sleeve of ferromagnetic material coaxially covering it with a gap. The signal element is a cylindrical sleeve of electrically conductive non-magnetic material having screw cutouts connected to a movable object moving it axially in the gap between the rod and the ferromagnetic cylindrical sleeve [1] When an alternating voltage is applied to the input winding, the current passing through it changes from some the minimum value to the maximum value in the function of linear movement of the moving object.

Недостатком такого преобразователя является малая точность при преобразовании изменения тока в цифровой код. The disadvantage of this converter is its low accuracy when converting a current change into a digital code.

Известны преобразователи, также состоящие из первичного датчика и электронного блока, у которых электронный блок содержит дополнительную схему, фиксирующую число периодов выходного сигнала первичного датчика. Первичный датчик содержит цилиндрический шток, аналогичный описанной выше конструкции и имеющий сигнальную головку в виде магнитопроводящей цилиндрической втулки с двухзаходными винтовыми пазами на внутренней поверхности, в которые уложена выходная обмотка [2] При подаче напряжения на входную обмотку цилиндрического штока в выходной обмотке цилиндрической втулки индуцируется ЭДС в функции линейного перемещения втулки относительно цилиндрического штока. Изменение амплитуды происходит с периодичностью, равной ходу винтового паза. Known converters, also consisting of a primary sensor and an electronic unit, in which the electronic unit contains an additional circuit that fixes the number of periods of the output signal of the primary sensor. The primary sensor contains a cylindrical rod similar to the construction described above and having a signal head in the form of a magnetically conducting cylindrical sleeve with two-way screw grooves on the inner surface, into which the output winding is laid [2] When voltage is applied to the input winding of the cylindrical rod in the output winding of the cylindrical sleeve, EMF is induced as a function of the linear movement of the sleeve relative to the cylindrical rod. The amplitude changes with a periodicity equal to the course of the screw groove.

В данном преобразователе повышена точность преобразования линейного перемещения в цифровой код, однако этой конструкции присущ недостаток, заключающийся в неоднозначности определения величины линейного перемещения внутри полупериода, так как любому положению втулки в пределах одной четверти периода соответствует положение втулки в другой четверти периода, в которых выходные ЭДС равны. Эти точки расположены симметрично относительно точки с максимальной величиной выходной ЭДС. Другими недостатками этой конструкции являются: потеря информации о линейном положении в случае перерыва питания преобразователя, малая точность и малая величина выходного сигнала первичного датчика. This converter improves the accuracy of converting linear displacement to a digital code, however, this design has the disadvantage of ambiguity in determining the linear displacement within a half-period, since any position of the sleeve within one quarter of the period corresponds to the position of the sleeve in the other quarter of the period in which the output EMF are equal. These points are located symmetrically relative to the point with the maximum value of the output EMF. Other disadvantages of this design are: loss of information about the linear position in the event of a power failure of the converter, low accuracy and low value of the output signal of the primary sensor.

Целью изобретения является исключение неоднозначности определения величины линейного перемещения в пределах полупериода. Это достигается тем, что на обращенных одна к другой цилиндрических поверхностях штока или головки первичного датчика образовано не менее одной пары дополнительных пазов, выполненных симметрично относительно основных пазов, и в этих дополнительных пазах размещена хотя бы одна дополнительная выходная обмотка, а в электронный блок введен логический коммутатор, на входы которого подключены выводы основной и дополнительной выходных обмоток и второй выход фомрирователя управляющих сигналов, а его выход соединен со схемой измерения. The aim of the invention is to eliminate the ambiguity of determining the magnitude of the linear displacement within a half-period. This is achieved by the fact that at least one pair of additional grooves formed symmetrically with respect to the main grooves are formed on the cylindrical surfaces of the rod or head of the primary sensor facing one another, and at least one additional output winding is placed in these additional grooves, and a logical unit is introduced into the electronic unit a switch, the inputs of which are connected to the conclusions of the main and additional output windings and the second output of the shaper of control signals, and its output is connected to the measurement circuit.

С целью повышения точности в преобразователе, имеющем на цилиндрическом штоке и в сигнальной головке винтовые пазы одного направления, число витков винтовых пазов в сигнальной головке выполняют отличным не более, чем на 1/2 от числа витков винтовых пазов штока на участке, равном осевой длине сигнальной головки. In order to increase accuracy in a converter having screw grooves of one direction on a cylindrical rod and in a signal head, the number of turns of screw grooves in the signal head is different by no more than 1/2 of the number of turns of screw grooves of the rod in a section equal to the axial length of the signal heads.

С целью повышения точности пазы на внутренней поверхности сигнальной головки могут быть выполнены параллельно образующей внутренней цилиндрической поверхности или со скосом в пределах одного пазового деления, при этом осевая длина сигнальной головки равняется или меньше половины хода винтового паза на поверхности цилиндрического штока. In order to increase accuracy, the grooves on the inner surface of the signal head can be made parallel to the generatrix of the inner cylindrical surface or with a bevel within one groove division, while the axial length of the signal head is equal to or less than half the stroke of the helical groove on the surface of the cylindrical rod.

С целью увеличения сигнала первичного датчика и повышения точности преобразователя коаксиально с цилиндрическим штоком может быть размещено несколько идентичных сигнальных головок, выходные обмотки головок соединены последовательно согласно, головки между собою соединены механически с относительным разворотом осей их обмоток вокруг продольной оси датчика на угол в пределах ± 180^о, при этом осевое расстояние между серединами соседних головок определяется следующим выражением
l 2pk +

± δ, где р линейная величина, равная половине хода винтовых пазов на цилиндрическом штоке;
k целое положительное число;
α угол разворота (в градусах) вокруг продольной оси датчика одной головки относительно другой;
β линейная величина, не превышающая 1/4 величины хода винтовой линии пазов на штоке.In order to increase the signal of the primary sensor and increase the accuracy of the converter, several identical signal heads can be placed coaxially with the cylindrical rod, the output windings of the heads are connected in series according to each other, the heads are mechanically connected with a relative rotation of the axes of their windings around the longitudinal axis of the sensor by an angle of ± 180 ^about , while the axial distance between the middle of adjacent heads is determined by the following expression
l 2pk +

± δ, where p is a linear value equal to half the stroke of the screw grooves on the cylindrical rod;
k is a positive integer;
α turning angle (in degrees) around the longitudinal axis of the sensor of one head relative to another;
β is a linear value not exceeding 1/4 of the magnitude of the helix of the grooves on the rod.

С целью исключения потери информации о линейном положении в случае перерыва питания применяют преобразователь с системой грубого отсчета, включающей в себя сигнальную головку грубого отсчета, в которой пазы расположены параллельно образующей цилиндрической поверхности и число пазов равно 2m, где m целое число, одну или несколько расположенных в этих пазах выходных обмоток грубого отсчета и одну входную обмотку грубого отсчета, расположенную в дополнительно выполненных на поверхности штока двухзаходных пазах, имеющих величину хода винтовой линии, равную или превышающую величину рабочего перемещения сигнальной головки. Осевая длина сигнальной головки в системе грубого отсчета равна или кратна ходу винтовой линии пазов в системе точного отчета. Осевая длина L магнитопровода сигнальной головки точного отсчета определяется по формуле
L

, где d внутренний диаметр отверстия сигнальной головки точного отсчета;
ϑ_о угол подъема винтовых пазов в сигнальной головке точного отсчета;
ϑ _г угол подъема винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрическом штоке.In order to avoid loss of information about the linear position in the event of a power failure, a coarse reading system is used, including a coarse reading signal head, in which the grooves are parallel to the generatrix of the cylindrical surface and the number of grooves is 2m, where m is an integer, one or more in these grooves of the coarse output windings and one coarse input winding, located in two-way grooves additionally made on the surface of the rod, having a screw stroke a new line equal to or greater than the working displacement of the signal head. The axial length of the signal head in the coarse reference system is equal to or a multiple of the helix of the grooves in the accurate reporting system. The axial length L of the magnetic circuit of the signal head accurate reading is determined by the formula
L

where d is the inner diameter of the hole of the signal head accurate reading;
ϑ _{about the} angle of elevation of the screw grooves in the signal head of the exact reference;
ϑ _g the elevation angle of the coarse helical grooves on the cylindrical rod.

В электронный блок введены дополнительные входы в логическом коммутаторе, на которые подключены выходные обмотки грубого отсчета, и введена схема согласования грубого и точного отсчетов, вход которой соединен с выходом схемы измерения, а ее выход соединен с входом регистра. Additional inputs are introduced into the electronic unit in the logical switch, to which the coils of the coarse readout are connected, and a coarse and coarse readout matching circuit is introduced, the input of which is connected to the output of the measurement circuit and its output is connected to the register input.

На фиг.1 изображено конструктивное исполнение первичного датчика с сигнальной головкой, имеющей винтовые пазы, продольное сечение; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 функциональная схема одноотсчетного преобразователя; на фиг. 4 конструктивное исполнение первичного датчика с сигнальной головкой, имеющей пазы, параллельные образующей цилиндрической поверхности, продольное сечение; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.6 функциональная схема двухотсчетного преобразователя. Figure 1 shows the design of the primary sensor with a signal head having screw grooves, a longitudinal section; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 is a functional diagram of a one-count converter; in FIG. 4 design of the primary sensor with a signal head having grooves parallel to the generatrix of the cylindrical surface, a longitudinal section; figure 5 section BB in figure 4; figure 6 is a functional diagram of a two-count converter.

Преобразователь состоит из первичного датчика и электронного блока. Первичный датчик (фиг.1 и фиг.2) содержит цилиндрический шток 1 и расположенную соосно с ним с равномерным воздушным зазором сигнальную головку 2 в виде втулки. Сигнальная головка может центроваться относительно оси цилиндрического штока с помощью установленных по бокам головки втулок из немагнитного материала с малым коэффициентом трения, обеспечивающих перемещение со скольжением по поверхности цилиндрического штока. Поверхность штока для защиты от повреждений может быть закрыта немагнитной тонкостенной трубкой. Для упрощения изображения эти конструкционные элементы на фиг.1 и фиг.2 не показаны. На сопрягаемых цилиндрических поверхностях штока и головки образованы пазы, число которых кратно 2. При этом хотя бы на одной из сопрягаемых цилиндрических поверхностей число пазов должно быть не менее 4. В рассматриваемом примере на поверхности цилиндрического штока созданы с ходом, равным 2р, двухзаходные винтовые пазы 3 и 4, в которые уложена входная обмотка 5 (для упрощения изображения на фиг.1 обмотки не показаны). Проводники обмотки 5 имеют направление укладки в одну сторону по одному пазу и в противоположную сторону по второму пазу, что условно показано точкой и крестиком на фиг.2. Переходы проводников из одного паза в другой осуществляются в торцовых частях цилиндрического штока, с одной из торцовых частей выведены начало и конец входной обмотки. Для изображенного на фиг.2 поперечного сечения А-А осью входной обмотки цилиндрического штока является линия 6. На внутренней поверхности сигнальной головки выполнены винтовые пазы, число которых равняется 2n, где n целое число. В рассматриваемом примере принято n=2, т.е. число пазов в сигнальной головке равно 4. Направление углов подъема винтовых пазов на цилиндрическом штоке и в сигнальной головке выполняют в одну сторону. В рассматриваемом примере направления винтовых пазов правые. Число витков винтовых пазов в сигнальной головке не должно отличаться больше, чем на 1/2 от числа витков винтовых пазов цилиндрического штока на участке, равном осевой длине сигнальной головки. Этим методом можно исключить одну из высших гармонических составляющих в выходных сигналах первичного датчика. Для подавления конкретной гармоники при расчете необходимой разницы углов подъема винтовых пазов можно воспользоваться методикой выбора скоса пазов, применяемого в электрических машинах типа многополюсных вращающихся траснформаторов. Осевая длина сигнальной головки выбирается методом оптимизации по заданному максимальному выходному напряжению, величина которого пропорциональна длине головки, и по ограничениям осевого размера первичного датчика и диапазона линейных перемещений. По аналогии с обмоткой 5 в диаметрально противоположных пазах 7 и 8 сигнальной головки 2 уложена основная выходная обмотка 9. В двух других пазах 10 и 11 уложена идентичная дополнительная выходная обмотка 12. Оси обмоток 9 и 12 в поперечном сечении А-А на фиг.2 изображены линиями 13 и 14 соответственно. Для рассматриваемого случая с двумя выходными обмотками в сигнальной головке пространственный угол между их осями равняется 90^о. Выводные концы обмоток 9 и 12 подключены на вход логического коммутатора 15 в электронном блоке (фиг.3). Выход логического коммутатора 15 соединен с входом схемы измерения 16, выходы которой соединены с входами регистра 17. Формирователь управляющих сигналов 18 своими выходами соединен с управляющими входами логического коммутатора 15 и схемы измерения 16.The transmitter consists of a primary sensor and an electronic unit. The primary sensor (FIG. 1 and FIG. 2) contains a cylindrical rod 1 and a signal head 2 arranged in a coaxial manner with a uniform air gap in the form of a sleeve. The signal head can be centered relative to the axis of the cylindrical rod with the help of sleeves mounted on the sides of the head of non-magnetic material with a low coefficient of friction, providing movement with sliding along the surface of the cylindrical rod. The surface of the stem for protection against damage can be closed with a non-magnetic thin-walled tube. To simplify the image, these structural elements in figure 1 and figure 2 are not shown. Grooves are formed on the mating cylindrical surfaces of the stem and head, the number of which is a multiple of 2. Moreover, at least on one of the mating cylindrical surfaces the number of grooves must be at least 4. In the example under consideration, two-way screw grooves are created on the surface of the cylindrical rod 3 and 4, in which the input winding 5 is laid (for simplification of the image, windings are not shown in FIG. 1). The conductors of the winding 5 have a laying direction in one direction along one groove and in the opposite direction along the second groove, which is conventionally shown by a dot and a cross in figure 2. Transitions of conductors from one groove to another are carried out in the end parts of the cylindrical rod, the beginning and end of the input winding are derived from one of the end parts. For the cross section AA shown in FIG. 2, the axis of the input winding of the cylindrical rod is line 6. On the inner surface of the signal head, helical grooves are made, the number of which is 2n, where n is an integer. In this example, n = 2, i.e. the number of grooves in the signal head is 4. The direction of the elevation angles of the screw grooves on the cylindrical rod and in the signal head is performed in one direction. In this example, the directions of the screw grooves are right. The number of turns of screw grooves in the signal head should not differ by more than 1/2 from the number of turns of screw grooves of the cylindrical rod in a section equal to the axial length of the signal head. This method can eliminate one of the higher harmonic components in the output signals of the primary sensor. To suppress a specific harmonic when calculating the necessary difference in the elevation angles of the screw grooves, one can use the method of selecting the bevel of the grooves used in electric machines such as multipolar rotating transformers. The axial length of the signal head is selected by the optimization method for a given maximum output voltage, the value of which is proportional to the length of the head, and according to the limitations of the axial size of the primary sensor and the range of linear displacements. By analogy with the winding 5, in the diametrically opposite slots 7 and 8 of the signal head 2, the main output winding 9 is laid. In the other two grooves 10 and 11, the identical additional output winding 12 is laid. The axis of the windings 9 and 12 in cross section AA in FIG. 2 depicted by lines 13 and 14, respectively. For the case under consideration with two output windings in the signal head, the spatial angle between their axes is 90 ^about . The output ends of the windings 9 and 12 are connected to the input of the logical switch 15 in the electronic unit (figure 3). The output of the logical switch 15 is connected to the input of the measurement circuit 16, the outputs of which are connected to the inputs of the register 17. The driver of the control signals 18 is connected with its outputs to the control inputs of the logical switch 15 and the measurement circuit 16.

В преобразователе может также применяться сигнальная головка, у которой пазы выполнены не винтовыми, а расположенными параллельно образующей цилиндрической поверхности внутреннего отверстия или со скосом в пределах одного пазового деления. В таком преобразователе (см. фиг.4 и фиг.5) цилиндрической шток 1 имеет то же устройство, что и на фиг.1 и фиг.2. Сигнальная головка 2 имеет осевую длину магнитопроводящей втулки, равную или несколько меньше р половины хода винтовых пазов на цилиндрическом штоке 1. Внутренняя цилиндрическая поверхность содержит 2n продольных пазов 19. В рассматриваемом примере принято n=6, т.е. число пазов 2n=12. В пазах уложены проводники основной выходной обмотки 9. Осью обмотки является линия 13. Проводники обмотки имеют направление укладки в одну сторону по одному пазу и в противоположную сторону по другому пазу, расположенному симметрично относительно оси 13. Направления укладки проводников на фиг.5 условно обозначены точками и крестиками. Числа проводников в каждом пазу принимаются пропорциональными синусу угла, образованного осью 13 и линией, проходящей из центра сигнальной головки 2 в направлении середины соответствующего паза. Переходы 20 проводников из паза в паз осуществляются по торцовым частям сигнальной головки 2. С одной из торцовых частей выведены начало и конец выходной обмотки. Такие обмотки в теории электрических машин получили название концентрических синусоидально-распределенных обмоток 4. Применение в первичном датчике сигнальной головки с синусоидально-распределенными обмотками позволяет повысить точность за счет меньшей чувствительности этих обмоток к высшим гармоническим составляющим распределения индукции в воздушном зазоре между цилиндрическим штоком 1 и сигнальной головкой 2. Если не требуется высокая точность, возможно применение в сигнальной головке и других, более простых типов, например, двухслойных распределенных обмоток с укороченным шагом 4. Равенство осевой длины сигнальной головки 2 половине хода р винтовых пазов на цилиндрическом штоке обеспечивает максимальную величину выходных сигналов. При большой величине хода винтовых пазов (например, при ходе, равном диапазону перемещения сигнальной головки) нецелесообразно применение сигнальной головки с осевой длиной магнитопровода, равной половине хода, из-за увеличения осевой длины всего первичного датчика. В этом случае осевая длина сигнальной головки может быть уменьшена. Кроме указанной обмотки 9 в тех же пазах расположена аналогичная дополнительная выходная обмотка с ориентированием ее оси в пространстве под углом 90^о к оси 13. Для упрощения на фиг.5 дополнительная выходная обмотка не показана, изображена только ее ось 14. Возможны варианты применения в сигнальной головке более двух выходных обмоток для уменьшения диапазона обработки выходных сигналов схемой измерения 16 в электронном блоке.A signal head can also be used in the converter, in which the grooves are made not screw, but located parallel to the generatrix of the cylindrical surface of the inner hole or with a bevel within one groove division. In such a converter (see FIG. 4 and FIG. 5), the cylindrical rod 1 has the same device as in FIG. 1 and FIG. 2. The signal head 2 has an axial length of the magnetically conducting sleeve equal to or slightly less than p half the stroke of the screw grooves on the cylindrical rod 1. The inner cylindrical surface contains 2n longitudinal grooves 19. In this example, n = 6, i.e. the number of grooves 2n = 12. The conductors of the main output winding 9 are laid in the grooves. The axis of the winding is line 13. The conductors of the winding have a laying direction in one direction on one groove and in the opposite direction on the other groove, which is symmetrical about axis 13. The laying directions of the conductors in Fig. 5 are conventionally marked with dots and crosses. The numbers of conductors in each groove are taken proportional to the sine of the angle formed by the axis 13 and the line passing from the center of the signal head 2 in the direction of the middle of the corresponding groove. The transitions of 20 conductors from groove to groove are carried out along the end parts of the signal head 2. From one of the end parts the beginning and end of the output winding are output. Such windings in the theory of electrical machines are called concentric sinusoidally distributed windings 4. The use of a signal head with sinusoidally distributed windings in the primary sensor can improve accuracy due to the lower sensitivity of these windings to the higher harmonic components of the distribution of induction in the air gap between the cylindrical rod 1 and the signal 2. If high accuracy is not required, other simpler types can be used in the signal head, for example, two layered distributed windings with a shortened pitch 4. Equal axial length of the signal head 2 half-stroke p helical grooves on the cylindrical rod ensures maximum output signals. With a large stroke of the screw grooves (for example, with a stroke equal to the range of movement of the signal head), it is inappropriate to use a signal head with an axial length of the magnetic circuit equal to half the stroke, due to an increase in the axial length of the entire primary sensor. In this case, the axial length of the signal head can be reduced. Furthermore said winding 9 in the same slots is more similar output winding orientation with its axis in the space at the angle ^of 90 to the axis 13. To simplify 5 additional output winding is not shown, is shown only by its axis 14. The possible applications in the signaling the head of more than two output windings to reduce the processing range of the output signals by the measuring circuit 16 in the electronic unit.

В преобразователе вместо одной сигнальной головки возможно также применение нескольких идентичных сигнальных головок, соединенных между собою механически и расположенных соосно друг с другом. Как пример на фиг.4 пунктирным контуром показано расположение второй сигнальной головки 25. Расстояние l между серединами двух соседних головок устанавливают в соответствии с формулой
l 2pk +

± δ, где р линейная величина, равная половине хода винтовой линии пазов штока;
k целое положительное число;
α угол разворота (в градусах) одной головки относительно другой вокруг продольной оси датчика;
δ линейная величина, не превышающая 1/4 величины хода винтовой линии пазов на штоке.In the converter, instead of one signal head, it is also possible to use several identical signal heads connected mechanically to each other and arranged coaxially with each other. As an example, in Fig. 4, the dotted outline shows the location of the second signal head 25. The distance l between the midpoints of two adjacent heads is set in accordance with the formula
l 2pk +

± δ, where p is a linear value equal to half the helical stroke of the grooves of the rod;
k is a positive integer;
α angle of rotation (in degrees) of one head relative to another around the longitudinal axis of the sensor;
δ is a linear value not exceeding 1/4 of the magnitude of the helix of the grooves on the rod.

При α0, δ 0 и k=1 расстояние между серединами двух соседних головок равняется 2р ходу винтовой линии пазов штока, а оси соответствующих обмоток на головках ориентируются параллельно. Применяя разворот одной головки относительно другой на угол α в пределах ±180^о, можно оптимизировать всю систему сигнальных головок в минимальную по осевому размеру конструкцию при необходимости получения максимального диапазона линейного перемещения. Применением нескольких сигнальных головок можно подавлять некоторые гармонические составляющие погрешности. Для этого расстояние между двумя сигнальными головками увеличивают или уменьшают на величину
δ

, где ν порядок гармоники, входящей в зависимость погрешности преобразователя от линейного перемещения, которую требуется скомпенсировать.At α0, δ 0 and k = 1, the distance between the midpoints of two adjacent heads is equal to the 2p stroke of the helix of the grooves of the rod, and the axes of the corresponding windings on the heads are oriented in parallel. Applying turn one head with respect to the other by an angle α in the range ± ¹⁸⁰ °, it is possible to optimize the whole system in the signaling bits on the minimum axial dimension of the design if required obtaining the maximum range of linear displacement. The use of several signal heads can suppress some harmonic components of the error. To do this, the distance between the two signal heads is increased or decreased by
δ

, where ν is the order of the harmonic included in the dependence of the transducer error on the linear displacement that needs to be compensated.

Если применено две пары сигнальных головок, расстояние между головками в каждой паре изменяют на величину
δ₁=

а расстояние между этими парами изменяют на величину δ₂=

где ν₁ и ν₂ порядок гармоник, которые подлежат подавлению.If two pairs of signal heads are used, the distance between the heads in each pair is changed by
δ ₁ =

and the distance between these pairs is changed by the value of δ ₂ =

where ν ₁ and ν _{2 are the} order of harmonics to be suppressed.

При применении нескольких сигнальных головок их выходные обмотки соединяют последовательно согласно. Эти соединения возможны двумя способами. When using several signal heads, their output windings are connected in series according to. These compounds are possible in two ways.

По первому способу концы обмоток каждой предыдущей головки соединяют с началами соответствующих обмоток каждой последующей головки, на вход логического коммутатора 15 включают начала обмоток первой головки и концы обмоток последней головки. По второму способу последовательно согласное соединение осуществляют в отдельности для каждого проводника всех обмоток. Практически это может быть выполнено путем укладки проводников общей обмотки по пазам магнитопроводов вдоль всех сигнальных головок, заранее механически соединенных друг с другом на расчетных расстояниях. According to the first method, the ends of the windings of each previous head are connected to the beginnings of the corresponding windings of each subsequent head, the beginning of the windings of the first head and the ends of the windings of the last head are connected to the input of the logical switch 15. According to the second method, a series-consonant connection is carried out separately for each conductor of all windings. In practice, this can be done by laying the conductors of the common winding along the grooves of the magnetic circuits along all the signal heads, previously mechanically connected to each other at the calculated distances.

Если диапазон рабочего перемещения сигнальной головки превышает величину ходу 2р винтовых пазов цилиндрического штока, тогда данную сигнальную головку с этими винтовыми пазами цилиндрического штока следует считать точным отсчетом первичного датчика. В этом случае на цилиндрическом штоке дополнительно выполняют двухзаходные винтовые пазы грубого отсчета с ходом 2р_г, равным или несколько превышающим диапазон перемещения сигнальной головки. В этих пазах размещают входную обмотку грубого отсчета, уложенную по принципу обмотки точного отсчета. Соосно с цилиндрическим штоком кроме сигнальной головки точного отсчета с 2n винтовыми пазами, имеющей устройство, приведенное на фиг.1 и фиг.2, устанавливают и соединяют с ней механически дополнительно сигнальную головку грубого отсчета с расположенными параллельно образующим цилиндрической поверхности 2m пазами, где m целое число. В общем случае m может не равняться n.If the range of the working movement of the signal head exceeds the stroke of 2p of the helical grooves of the cylindrical rod, then this signal head with these screw grooves of the cylindrical rod should be considered an accurate reference of the primary sensor. In this case, a coarse two-way helical grooves with a stroke of 2 p _g equal to or slightly greater than the range of movement of the signal head are additionally performed on the cylindrical rod. In these grooves, the coarse reference input winding, laid according to the principle of the exact reference winding, is placed. Along with the cylindrical rod, in addition to the signal head of the exact reading with 2n screw grooves, having the device shown in Fig. 1 and Fig. 2, a coarse reference signal head with parallel grooves located parallel to the cylindrical surface forming 2m grooves is installed and connected to it mechanically, where m is an integer number. In the general case, m may not equal n.

Сигнальная головка грубого отсчета имеет устройство, приведенное на фиг. 4 и фиг.5, осевая длина ее магнитопровода должна равняться ходу 2р пазов точного отсчета цилиндрического штока. Сигнальная головка точного отсчета должна иметь осевую длину L магнитопровода, определяемую по формуле
L

, где d внутренний диаметр отверстия сигнальной головки точного отсчета;
ϑ_о угол подъема винтовых пазов в сигнальной головке точного отсчета;
ϑ_г угол подъема винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрическом штоке.The coarse signal head has the device shown in FIG. 4 and 5, the axial length of its magnetic circuit should be equal to the stroke 2p of the grooves of the exact reference of the cylindrical rod. The signal head of the exact reference should have the axial length L of the magnetic circuit, determined by the formula
L

Для уменьшения осевой длины L можно винтовые пазы грубого и точного отсчетов на штоке выполнять в разные стороны (левого и правого направлений). При этом в знаменателе расчетной формулы знак перед ctg ϑ_г меняется на противоположный.To reduce the axial length L, screw grooves of coarse and accurate readings on the stem can be performed in different directions (left and right directions). Moreover, in the denominator of the calculation formula, the sign in front of ctg ϑ _g is reversed.

В преобразователе с двухотсчетным первичным датчиком электронный блок (см. фиг.6) в логическом коммутаторе 15 дополнительно содержит входы для подключения выходных обмоток 21 и 22 грубого отсчета, индуктивно связанных с входной обмоткой возбуждения 24 грубого отсчета и схему согласования 23 грубого и точного отсчетов, на вход которой подключены выходы схемы измерения 16. Выходы схемы согласования 23 соединены с входами регистра 17. In the converter with a dual-count primary sensor, the electronic unit (see Fig. 6) in the logical switch 15 further comprises inputs for connecting the output coils 21 and 22 of the coarse reference, inductively connected to the input excitation winding 24 of the coarse reference and the matching circuit 23 of coarse and accurate samples, at the input of which the outputs of the measuring circuit are connected 16. The outputs of the matching circuit 23 are connected to the inputs of the register 17.

В рассмотренных конструкциях элементы первичного датчика могут иметь некоторые особенности. Например, магнитопроводящая часть сигнальной головки в датчике, приведенном на фиг.4 и фиг.5, может шихтоваться из штампованных листов. Кроме уменьшения влияния вихревых токов такая конструкция позволяет заимоствовать технологические процессы производства электрических машин. Сигнальная головка, приведенная на фиг.1 и фиг.2, может иметь продольные разрезы вдоль плоскости, проходящей через ось головки. Отдельные части головки в местах разреза могут соединяться не встык, а с промежутком. Такая конструкция облегчает укладку обмоток в винтовые пазы сигнальной головки. Аналогично и цилидрический шток также может составляться из отдельных фрагментов, получаемых при продольном разрезе цилиндрической поверхности. В некоторых случаях это упрощает технологический процесс формирования винтовых пазов штока и укладки в них обмотки. In the considered designs, the elements of the primary sensor may have some features. For example, the magnetically conductive part of the signal head in the sensor shown in FIG. 4 and FIG. 5 may be burdened from stamped sheets. In addition to reducing the influence of eddy currents, this design allows you to borrow technological processes for the production of electrical machines. The signal head shown in figure 1 and figure 2, may have longitudinal sections along a plane passing through the axis of the head. Separate parts of the head in the places of the cut can be connected not end-to-end, but with a gap. This design facilitates the laying of the windings in the screw grooves of the signal head. Similarly, a cylindrical rod can also be composed of individual fragments obtained by a longitudinal section of a cylindrical surface. In some cases, this simplifies the technological process of forming helical grooves of the rod and laying windings in them.

Преобразователь, выполненный по схеме фиг.3 с первичным датчиком, изображенным на фиг.1 и фиг.2, при условии рабочего перемещения сигнальной головки в пределах, не превышающих 2р, работает следующим образом. The Converter, made according to the scheme of figure 3 with the primary sensor depicted in figure 1 and figure 2, subject to the working movement of the signal head within, not exceeding 2p, works as follows.

На входную обмотку 5, являющуюся обмоткой возбуждения первичного датчика, подается переменное напряжение U, которое при начальном фазовом сдвиге, равном нулю, опишется формулой
U=U_m ˙ sin(2π ft), (1) где U_m амплитудное значение напряжения;
f частота питающего напряжения;
t текущее время.The input winding 5, which is the excitation winding of the primary sensor, is supplied with an alternating voltage U, which, with an initial phase shift of zero, is described by the formula
U = U _m ˙ sin (2π ft), (1) where U _{m is the} amplitude value of the voltage;
f frequency of the supply voltage;
t current time.

Протекающий по обмотке 5 ток создает вокруг цилиндрического штока переменное магнитное поле. При этом соседние участки наружной поверхности цилиндрического штока 1, разделенные винтовыми пазами 3 и 4, в каждое мгновение можно рассматривать как двухполюсную магнитную систему с разноименными полюсами. Если пренебречь потоками рассеяния, замыкающимися вокруг цилиндрического штока по воздуху, можно считать, что весь магнитный поток проходит в зоне сопряжения поверхностей сигнальной головки 2 и цилиндрического штока 1. В этом случае магнитный поток проходит внутри цилиндрического штока 1 и через воздушный зазор входит в сигнальную головку 2 по направлению оси 6. В сигнальной головке магнитный поток разветвляется на две части, обходит по противолежащим половинам головки и через воздушный зазор с противоположной стороны по направлению оси 6 возвращается в цилиндрический шток. При прохождении магнитного потока по указанному пути в выходных обмотках 9 и 12 наводятся переменные ЭДС. Амплитуды этих ЭДС являются функциями угла, образованного осью 6 обмотки возбуждения 5 и осями 13 и 14 выходных обмоток 9 и 12 в среднем поперечном сечении сигнальной головки 2. При осевом перемещении сигнальной головки 2 вдоль цилиндрического штока 1, т.е. при изменении величины на фиг.1, ось 6 на фиг.2 будет поворачиваться вокруг центра штока 1 в соответствии с изменением положения винтовых пазов 3 и 4. В результате в обмотках 9 и 12 будут изменяться и амплитуды ЭДС. При совмещении оси 6 с осью 13 в обмотке 9 будет наведена ЭДС с максимальной амплитудой, при повороте оси 6 на угол ±90^о по отношению к оси 13 ЭДС в обмотке 9 будет равна нулю. При переходе через эти точки фаза переменной ЭДС будет изменяться на 180 эл. град. При изменении координаты χ значения ЭДС будут повторяться через промежутки, равные ходу винтовых пазов 2р на цилиндрическом штоке. Так как ось 13 обмотки 9 расположена под углом 90^о к оси 14 обмотки 12, в последней изменение амплитуды ЭДС будет повторяться аналогичным образом со сдвигом в отсчете коор- динаты χ на величину, равную

Такой характер изменения ЭДС в обмотках 9 и 12 с определенной степенью точности может быть описан следующими синусной и косинусной функциями:
U_a= UK sin

(χ + l_н)

,
(2)
U_b= UK cos

(χ + l_н)

,
(3) где U_a, U_b амплитуды ЭДС в обмотках 9 и 12;
U напряжение возбуждения, изменяющееся во времени в соответствии с формулой (1);
K конструктивный коэффициент пропорциональности;
p половина хода винтовых пазов цилиндрического штока;
χ координата линейного перемещения сигнальной головки;
l_н начальный сдвиг по координате χ, зависящий от выбора начального положения сигнальной головки.The current flowing through the winding 5 creates an alternating magnetic field around the cylindrical rod. In this case, neighboring sections of the outer surface of the cylindrical rod 1, separated by

screw grooves

3 and 4, at each instant can be considered as a bipolar magnetic system with opposite poles. If we neglect the scattering fluxes closing around the cylindrical rod through the air, we can assume that the entire magnetic flux passes in the interface between the surfaces of the signal head 2 and the cylindrical rod 1. In this case, the magnetic flux passes inside the cylindrical rod 1 and enters the signal head through the air gap 2 in the direction of axis 6. In the signal head, the magnetic flux branches out into two parts, bypasses the opposite halves of the head and through the air gap from the opposite side in the direction of the axis 6 returns to the cylindrical rod. With the passage of the magnetic flux along the specified path in the output windings 9 and 12, induced EMF variables. The amplitudes of these EMFs are functions of the angle formed by the axis 6 of the field winding 5 and the

axes

13 and 14 of the output windings 9 and 12 in the average cross section of the signal head 2. When the signal head 2 is axially moved along the cylindrical rod 1, i.e. when the value in Fig. 1 changes, the axis 6 in Fig. 2 will rotate around the center of the rod 1 in accordance with the change in position of the

screw grooves

3 and 4. As a result, the EMF amplitudes will also change in the windings 9 and 12. When combining the axis 6 with the axis 9 in the winding 13 is induced EMF is the maximum amplitude, when turning axis 6 at an angle of ± ⁹⁰ ° with respect to the axis 13 of the electromotive force in the coil 9 will be zero. When passing through these points, the phase of the variable EMF will change by 180 el. hail. When the coordinate χ changes, the EMF values will be repeated at intervals equal to the course of the screw grooves 2p on the cylindrical rod. Since the axle 13 of the winding 9 disposed at an angle 90 ^about the axis 12 to the winding 14, the latest change in the amplitude of the EMF is repeated in a similar manner with a shift of the coordinates χ count by an amount equal

This nature of the change in the EMF in the windings 9 and 12 with a certain degree of accuracy can be described by the following sine and cosine functions:
U _a = UK sin

(χ + l _n )

,
(2)
U _b = UK cos

(χ + l _n )

,
(3) where U _a , U _{b the} amplitude of the EMF in the windings 9 and 12;
U excitation voltage, varying in time in accordance with the formula (1);
K design coefficient of proportionality;
p half stroke of the helical grooves of the cylindrical rod;
χ coordinate of the linear movement of the signal head;
l _{n is the} initial shift along the coordinate χ, depending on the choice of the initial position of the signal head.

Выходные сигналы с обмоток 9 и 12 поступают в электронный блок (фиг.3) на вход логического коммутатора 15. В формирователь управляющих сигналов 18 в качестве опорного напряжения подается напряжение U, которым запитана также входная обмотка 5 первичного датчика и которое изменяется во времени по формуле (1). После прохождения напряжения U через ноль формирователь 18 вырабатывает и подает на вход логического коммутатора 15 управляющий сигнал с временным сдвигом, учитывающим фазовый сдвиг сигналов с выходных обмоток 9 и 12 по отношению к питающему напряжению. Второй управляющий сигнал из формирователя 18 подается на управляющий вход схемы измерения 16, которая приводится в состояние готовности к измерению. В логическом коммутаторе 15 по сигналу формирователя 18 напряжения с выходных обмоток 9 и 12 сравниваются по фазе между собой и с опорным напряжением U. В результате этого сравнения определяется октант синусно-косинусных функций (2) и (3) в зависимости от линейного перемещения χ сигнальной головки 2. Этой логической операцией определяется порядок и полярность коммутации при передаче выходных сигналов первичного датчика через коммутатор 15 в схему измерения 16, где сигналы преобразуются из аналоговой формы в цифровой код N, который передается в регистр 17 для выдачи его внешним пользователям. Код в регистре 17 сохраняется до следующего измерения. Если окончание очередного преобразования аналоговых сигналов в цифровой код совпадает с моментом считывания информации из регистра 17, во избежание ошибки новое значение кода задерживается в схеме измерения 16 и передается в регистр 17 только после окончания считывания предыдущего значения кода N. The output signals from the windings 9 and 12 are fed to the electronic unit (Fig. 3) at the input of the logical switch 15. The voltage generator U, which also feeds the input winding 5 of the primary sensor and which changes in time according to the formula, is supplied to the control signal generator 18 as a reference voltage. (1). After the voltage U passes through zero, the driver 18 generates and delivers a control signal with a time shift, which takes into account the phase shift of the signals from the output windings 9 and 12 with respect to the supply voltage, to the input of the logical switch 15. The second control signal from the driver 18 is fed to the control input of the measurement circuit 16, which is brought into a state of readiness for measurement. In the logical switch 15, according to the signal of the driver 18, the voltages from the output windings 9 and 12 are compared in phase with each other and with the reference voltage U. As a result of this comparison, the octant of the sine-cosine functions (2) and (3) is determined depending on the linear displacement χ of the signal heads 2. This logical operation determines the order and polarity of switching when transmitting the output signals of the primary sensor through the switch 15 to the measurement circuit 16, where the signals are converted from an analog form into a digital code N, which is transmitted to histr 17 for issuing it to external users. The code in register 17 is stored until the next measurement. If the end of the next conversion of the analog signals into a digital code coincides with the moment of reading the information from the register 17, in order to avoid an error, the new code value is delayed in the measuring circuit 16 and transferred to the register 17 only after the reading of the previous value of the code N.

Наличие двух выходных обмоток 9 и 12 в сочетании с логическим коммутатором 15 обеспечивает выдачу однозначного цифрового кода N без неопределенности в пределах полупериода выходного сигнала первичного датчика. The presence of two output windings 9 and 12 in combination with a logical switch 15 provides the issuance of a unique digital code N without uncertainty within the half-cycle of the output signal of the primary sensor.

При увеличении числа пазов и обмоток в сигнальной головке 2 соответственно уменьшатся углы между осями выходных обмоток и увеличится число выходных сигналов. Это позволит формирователь выходной код N схемой измерения 16 не по октантам, а в меньших диапазонах, что также может дать увеличение точности преобразования. With an increase in the number of grooves and windings in the signal head 2, respectively, the angles between the axes of the output windings decrease and the number of output signals increases. This will allow the shaper output code N by the measuring circuit 16 not in octants, but in smaller ranges, which can also give an increase in conversion accuracy.

Первичный датчик может функционировать также при обращенной схеме по отношению к рассмотренной конструкции с размещением обмотки возбуждения в сигнальной головке, а выходных обмоток на цилиндрическом штоке. Число обмоток возбуждения также может быть больше одной. Например, при двух обмотках возбуждения можно применить их запитку двухфазным напряжением. The primary sensor can also function with an inverted circuit with respect to the considered structure with the placement of the field winding in the signal head, and the output windings on the cylindrical rod. The number of field windings can also be more than one. For example, with two field windings, they can be powered by two-phase voltage.

Преобразователь с первичным датчиком, приведенным на фиг.4 и фиг.5 работает по тому же принципу, который описан выше и пояснен фиг.1 фиг.3, т.е. при подаче питающего напряжения на входную обмотку 5 первичного датчика в выходных обмотках 9 и 12 индуцируются сигналы, описываемые формулами (2) и (3), которые после обработки в электронном блоке выдаются в виде кода N. The transmitter with the primary sensor shown in FIG. 4 and FIG. 5 operates according to the same principle as described above and explained in FIG. 1 of FIG. 3, i.e. when a supply voltage is applied to the input winding 5 of the primary sensor in the output windings 9 and 12, the signals are described by formulas (2) and (3), which, after processing in the electronic unit, are issued in the form of code N.

Если в первичном датчике на цилиндрическом штоке установлены две или больше одинаковые сигнальные головки на расстоянии между их серединами, равном 2p, работа преобразователя по схеме фиг.3 становится более устойчивой, так как последовательное соединение выходных обмоток позволяет максимальные выходные сигналы (2) и (3) увеличить пропорционально числу головок. Двумя сигнальными головками подавляется одна из высших гармоник порядка ν, если расстояние между серединами сигнальных головок уменьшено или увели- чено на величину δ

В этом случае высшие гармоники будут в противофазе и скомпенсируются. При этом результирующее значение максимального выходного сигнала увеличится не в 2 раза, а несколько меньше. Например, для компенсации второй гармонической составляющей расстояние между серединами двух сигнальных головок уменьшено или увеличено на длину δ

что составляет 1/4 часть от величины хода 2p винтовых пазов цилиндрического штока. Величина максимального выходного сигнала при этом возрастет не в 2 раза, а пропорционально

. При компенсации других гармоник более высокого порядка величина, на которую изменено расстояние между головками, меньше 1/4 части от величины хода винтовых пазов, а максимальное выходное напряжение возрастет при этом в пределах от

до 2. Указанным методом возможно подавление не одной, а, например, двух гармонических составляющих, если применено две пары сигнальных головок.If two or more identical signal heads are installed on the cylindrical rod in the primary sensor at a distance between their midpoints equal to 2p, the operation of the converter according to the scheme of Fig. 3 becomes more stable, since the series connection of the output windings allows the maximum output signals (2) and (3 ) increase in proportion to the number of heads. Two signal heads suppress one of the highest harmonics of order ν if the distance between the midpoints of the signal heads is reduced or increased by δ

In this case, the higher harmonics will be out of phase and compensate. In this case, the resulting value of the maximum output signal will increase not 2 times, but slightly less. For example, to compensate for the second harmonic component, the distance between the midpoints of the two signal heads is reduced or increased by a length δ

which is 1/4 of the stroke 2p of the grooves of the cylindrical rod. The value of the maximum output signal will increase not 2 times, but proportionally

. When other harmonics of a higher order are compensated, the value by which the distance between the heads is changed is less than 1/4 of the stroke of the screw grooves, and the maximum output voltage will increase in the range from

up to 2. The specified method can suppress not one, but, for example, two harmonic components, if two pairs of signal heads are used.

Если диапазон линейного перемещения сигнальной головки превышает величину хода 2p винтовых пазов на цилиндрическом штоке, должен применяться двухотсчетный преобразователь с первичным датчиком, у которого на цилиндрическом штоке расположены дополнительно пазы и входная обмотка грубого отсчета, а также имеются сигнальные головки грубого и точного отсчетов. If the range of linear movement of the signal head exceeds the stroke 2p of the screw grooves on the cylindrical rod, a two-count transmitter with a primary sensor should be used, in which additional grooves and an input coiling of the coarse reference are located on the cylindrical rod, as well as signal heads of coarse and accurate readings.

При работе данного преобразователя на входные обмотки возбуждения точного и грубого отсчетов подается переменное напряжение в соответствии с формулой (1). При этом вокруг цилиндрического штока создаются переменные поля двух наложенных друг на друга двухполюсных магнитных систем. Одна из них магнитная система точного отсчета, у которой разноименными полюсами являются части наружной поверхности цилиндрического штока, разделенные двумя винтовыми пазами точного отсчета, витки которых многократно обходят вокруг цилиндрического штока в пределах диапазона линейного перемещения сигнальных головок. Другая магнитная система грубого отсчета, у которой разноименными полюсами являются части наружной поверхности цилиндрического штока, разделенные двумя винтовыми пазами грубого отсчета, витки которых делают не более одного оборота вокруг цилиндрического штока в пределах диапазона линейного перемещения сигнальных головок. Указанным выше выбором осевых длин магнитопроводов сигнальных головок достигаются нечувствительность выходных обмоток сигнальной головки точного отсчета к потоку магнитной системы грубого отсчета и нечувствительность выходных обмоток сигнальной головки грубого отсчета к потоку магнитной системы точного отсчета. Это обеспечивается тем, что при заданных осевых размерах сигнальных головок в каждой из них при любом значении координаты перемещения с каждой из выходных обмоток будут сцеплены равные между собой, но противоположные по направлению переменные потоки той магнитной системы, взаимодействие с которой должно устраняться. В результате, для случая, когда обе сигнальные головки содержат по паре взаимно перпендикулярных выходных обмоток, на вход логического коммутатора 15 (см. фиг. 6) с обмоток 9 и 12 точного отсчета будут поданы сигналы, соответствующие формулам (2) и (3), а с обмоток 21 и 22 грубого отсчета сигналы. During operation of this converter, an alternating voltage is applied to the input windings of the precise and coarse readings in accordance with formula (1). In this case, alternating fields of two bipolar magnetic systems superimposed on each other are created around the cylindrical rod. One of them is a magnetic system of exact reference, in which opposite poles are parts of the outer surface of the cylindrical rod, separated by two screw grooves of the exact reference, the turns of which are repeatedly circled around the cylindrical rod within the range of linear movement of the signal heads. Another coarse magnetic reference system, in which opposite poles are parts of the outer surface of the cylindrical rod, separated by two coarse helical reference grooves, the turns of which make no more than one revolution around the cylindrical rod within the range of linear movement of the signal heads. The aforementioned selection of the axial lengths of the magnetic cores of the signal heads results in insensitivity of the output windings of the signal of the exact reference to the flux of the magnetic coarse reference system and the insensitivity of the output windings of the signal head of the rough reference to the flux of the magnetic reference system. This is ensured by the fact that for given axial dimensions of the signal heads in each of them, for any value of the coordinate of displacement from each of the output windings, equal to each other, but opposite in direction, alternating flows of the magnetic system, the interaction with which should be eliminated, will be coupled. As a result, for the case when both signal heads contain a pair of mutually perpendicular output windings, signals corresponding to formulas (2) and (3) will be fed to the input of the logical switch 15 (see Fig. 6) from the windings 9 and 12 of the exact reference , and from the coils 21 and 22 of the coarse reference signals.

U_dг UK_гsin

(χ + l_г)

,
(4)
U_вг= UK_гcos

(χ + l_г)

,
(5) где K_г конструктивный коэффициент пропорциональности для обмоток грубого отсчета;
p половина хода винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрическом штоке;
l_г начальный сдвиг по координате χ, зависящий от выбора начального положения сигнальной головки грубого отсчета.U _dg UK _g sin

(χ + l _g )

,
(4)
U _vg = UK _g cos

(χ + l _g )

,
(5) where K _{g is the} design coefficient of proportionality for coarse coils;
p half course of coarse helical grooves on a cylindrical rod;
l _{g the} initial shift in the coordinate χ, depending on the choice of the initial position of the signal head coarse reference.

В логическом коммутаторе 15 и в схеме измерения 16 по управляющим сигналам формирователя 18 выходные сигналы обмоток 9 и 12 точного отсчета обрабатываются в соответствии с приведенным выше описанием работы электронного блока. Аналогично обрабатываются и сигналы обмоток 21 и 22 грубого отсчета. Сформированные в схеме измерения 16 отдельно коды точного и грубого отсчетов обрабатываются в схеме согласования отсчетов 23 и передаются в регистр 17. In the logical switch 15 and in the measurement circuit 16 according to the control signals of the shaper 18, the output signals of the windings 9 and 12 of the exact reference are processed in accordance with the above description of the operation of the electronic unit. Similarly, the signals of the coils 21 and 22 of the coarse reference are processed. The codes of exact and coarse samples generated in the measurement circuit 16 are separately processed in the coordination circuit of the samples 23 and transferred to the register 17.

Так как период изменения сигналов по формулам (4) и (5) составляет 2p, что соответствует диапазону изменения координаты χ, то при обработке кодов грубого и точного отсчетов в схеме согласования 23 исключается неоднозначность выходного кода N при переходе сигнальной головки точного отсчета с одного периода, равного 2p, на другой. В этом случае даже после перерыва питания преобразователя полностью восстанавливается информация о линейном перемещении χ объекта, связанного с сигнальными головками. Since the period of change of the signals according to formulas (4) and (5) is 2p, which corresponds to the range of variation of the χ coordinate, when processing the codes of coarse and exact samples in the matching circuit 23, the ambiguity of the output code N is excluded when the signal head of the exact sample passes from one period equal to 2p on the other. In this case, even after a power failure of the converter, information about the linear displacement χ of the object associated with the signal heads is completely restored.

Если в грубом отсчете первичного датчика применена только одна выходная обмотка, тогда в схеме измерения 16 при формировании кода сигнал грубого отсчета сравнивается с опорным напряжением U, в качестве которого используется напряжение возбуждения первичного датчика. If only one output winding is used in the coarse sample of the primary sensor, then in the measurement circuit 16, when generating the code, the coarse signal is compared with the reference voltage U, which is used as the excitation voltage of the primary sensor.

У всех рассмотренных вариантов преобразователей сохраняются принципы их работы и в том случае, если первичные датчики будут иметь обращенную конструкцию, т. е. если пазы с обмотками возбуждения будут расположены на сигнальной головке, а пазы с выходными обмотками на цилиндрическом штоке. All the considered variants of the transducers retain the principles of their operation even if the primary sensors have a reversed design, i.e., if the grooves with field windings are located on the signal head, and the grooves with output windings on the cylindrical rod.

Claims

1. A LINEAR MOVEMENT CONVERTER, comprising a transformer-type primary displacement transducer, consisting of a cylindrical rod made of magnetically conductive material with a helical gear surface and coaxial with a signal head mounted linearly along the rod and made in the form of a sleeve with grooves on its inner surface as well as input and output windings located respectively in the grooves of the rod and head, and an electronic signal processing unit, including themselves connected in series with the measurement circuit and the register, as well as connected to the control input of this circuit - a control signal generator, characterized in that it is equipped with at least one additional output winding, and at least one pair of additional ones is made on the cylindrical surfaces of the rod or head facing one another grooves located symmetrically relative to the main grooves and designed to accommodate an additional winding in them, as well as a logical switch, to the inputs of which are connected rows main and additional windings and second output driver control signal, and an output coupled to the input of the measurement circuit.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the grooves on the inner surface of the signal head are made screw, having the same direction of cutting with screw grooves on the rod, and the number of turns of screw grooves in the head differs by no more than 1/2 the number of turns of screw grooves on the stem portion equal to the axial length of the signal head.

3. The transducer according to claim 1, characterized in that the grooves on the inner surface of the signal head are made parallel to the generatrix of the cylindrical surface or with bevels within one groove division, and the axial length of the head is equal to or less than half the helical line of the grooves on the rod surface.

4. The Converter according to claims 1 to 3, characterized in that it is equipped with at least one additional signal head, identical to the first one, located coaxially with the relative rotation of the axes of their windings by an angle α within ± 180 ^o and mechanically connected with it at a distance l between the midpoints of two adjacent heads, defined by the following expression:

where p is a linear value equal to half the helical stroke of the grooves of the rod;
k is a positive integer;
α angle of rotation of one head relative to another around the longitudinal axis of the sensor, deg.

d linear value not exceeding 1/4 of the magnitude of the helix of the grooves on the rod.

5. The converter according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that it is equipped with a coarse reference system, including a coarse reference signal head, in which the grooves are parallel to the generatrix of the cylindrical surface and the number of grooves is 2m, where m is an integer, one or more output windings located in these grooves coarse readout and one input winding coarse readout, located in additionally made on the surface of the rod two-way grooves having a helix stroke equal to or greater than the working displacement of the signal heads, the exact reference system is formed by a signal head with screw grooves on its inner surface, the course of which is less than the linear range of movement of the signal head, and the axial length L is determined by the formula

where d is the inner diameter of the hole of the signal head in the exact reference system;
Ψ _{o the} angle of elevation of the helical lines of the grooves in the signal head of the exact reference system;
Ψ _{g the} angle of elevation of the helix of the grooves on the rod in the coarse reference system,
the axial length of the signal head in the coarse reference system is equal to or a multiple of the helix of the grooves in the exact reference system attached to additional inputs of the logical switch, and the electronic signal processing unit is equipped with a coarse and accurate reference matching circuit connected between the outputs of the measurement circuit and the register inputs.