RU2138773C1

RU2138773C1 - Contactless linear travel sensor

Info

Publication number: RU2138773C1
Application number: RU97113216A
Authority: RU
Inventors: Е.П. Абрамцев
Original assignee: Абрамцев Евгений Петрович
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: check of linear travel of objects in various engineering fields. SUBSTANCE: magnetic circuit of sensor has of flat Ф--shaped frame. Central transversal rod of magnetic circuit has two sections of measuring winding and extreme transversal rods have one section each. Longitudinal rods of each port of magnetic circuit are cut by inclined straight or broken lines. Sensor is provided with two electromagnets with field windings and pole shoes. Movable electromagnets are located across longitudinal axis of sensor; they connect longitudinal rods of each port of magnetic circuit. When electromagnetic move along axis of sensor, magnetic flux, via sections of measuring winding, changes according to linear law or stepwise. When field windings are connected in parallel and sections of measuring winding are connected in pairs in series and in opposition, sensor may be used for measuring parameters of two objects simultaneously. EFFECT: enhanced of measuring. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля линейных перемещений объектов в различных отраслях техники. The invention relates to measuring technique and can be used to control linear movements of objects in various fields of technology.

Известен магнитомодуляционный индуктивный датчик линейных перемещений, содержащий зигзагообразный магнитопровод, размещенные на его параллельных боковых участках две неподвижные сосредоточенные обмотки переменного тока, предназначенные для включения в мостовую схему измерения, и одну обмотку подмагничивания постоянного тока, установленную с возможностью продольного перемещения на прямолинейном участке, расположенном между боковыми участками зигзагообразного магнитопровода (авт. свид. СССР N 252125, кл. G 01 B 7/02, 1968 г.). Известный датчик за один цикл измерения позволяет измерить только одно перемещение. Known magnetomodulating inductive linear displacement sensor containing a zigzag magnetic circuit, located on its parallel lateral sections, two stationary concentrated alternating current windings designed to be included in the bridge measurement circuit, and one DC bias winding, mounted with the possibility of longitudinal movement in a rectilinear section located between lateral sections of a zigzag magnetic circuit (author's certificate. USSR N 252125, class G 01 B 7/02, 1968). The known sensor for one measurement cycle allows you to measure only one movement.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является бесконтактный датчик линейных перемещений, содержащий магнитопроводы с измерительными обмотками, подвижный электромагнит с полюсными башмаками, обмотки которого подключены к источнику переменного напряжения, магнитопроводы выполнены в виде плоской рамки, разрезанной по двум противоположным сторонам по наклонным прямым или ломаным линиям, а измерительные обмотки расположены на неразрезанных частях магнитопровода (авт. свид. СССР N 190240, кл. G 08 C 9/04, 1967 г., прототип). The closest in technical essence to the invention is a non-contact linear displacement sensor containing magnetic cores with measuring windings, a movable electromagnet with pole shoes, the windings of which are connected to an AC voltage source, the magnetic cores are made in the form of a flat frame cut on two opposite sides along inclined straight or broken lines lines, and measuring windings are located on uncut parts of the magnetic circuit (ed. certificate. USSR N 190240, class G 08 C 9/04, 1967, prototype).

Недостатком данного датчика является невозможность одновременного измерения линейного перемещения другого объекта. The disadvantage of this sensor is the inability to simultaneously measure the linear displacement of another object.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей датчика путем одновременного измерения линейного перемещения другого объекта. The objective of the invention is to expand the functionality of the sensor by simultaneously measuring the linear displacement of another object.

Для этого бесконтактный датчик линейных перемещений, содержащий выполненный в виде плоской рамки неподвижный магнитопровод, продольные стержни которого разрезаны по наклонным прямым или ломаным линиям, подвижный магнитопровод с полюсными башмаками, обмотку возбуждения, размещенную на подвижном магнитопроводе, и две секции измерительной обмотки, размещенные на неразрезанных частях неподвижного магнитопровода, датчик снабжен дополнительным магнитопроводом с полюсными башмаками, размещенной на нем дополнительной обмоткой возбуждения, при этом основной и дополнительный магнитопроводы соединены друг с другом одной из своих неразрезанных частей, основная и дополнительная обмотки возбуждения соединены параллельно, а секции измерительной обмотки соединены между собой попарно-последовательно и встречно. For this, a non-contact linear displacement sensor, comprising a fixed magnetic core made in the form of a flat frame, the longitudinal rods of which are cut along oblique straight or broken lines, a movable magnetic core with pole shoes, an excitation coil placed on a movable magnetic core, and two sections of the measuring winding placed on uncut parts of a fixed magnetic circuit, the sensor is equipped with an additional magnetic circuit with pole shoes, an additional winding placed on it is excited I, wherein the primary and secondary magnetic circuits coupled to each other one of its uncut portions, the main and additional excitation windings are connected in parallel, and the sections of the measuring coil are connected to each other pairwise in series and in opposition.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый датчик, общий вид; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1. In FIG. 1 schematically shows the proposed sensor, General view; in FIG. 2 is a section A-A in FIG. 1.

Бесконтактный датчик линейных перемещений содержит неподвижный магнитопровод 1, состоящий из двух равных частей, разделенных зазорами δ₁ и δ₂ из немагнитного материала и вместе образующих плоскую разрезную рамку, подвижный магнитопровод 2, на котором размещена обмотка 3 возбуждения. На неразрезанных стержнях магнитопровода 1 размещены секции 4 и 5 измерительной обмотки. Датчик снабжен дополнительным идентичным неподвижным магнитопроводом 6 с дополнительными секциями 7 и 8 измерительной обмотки, а также дополнительным подвижным магнитопроводом 9 с размещенной на нем дополнительной обмоткой 10 возбуждения. Основной 1 и дополнительный 6 магнитопроводы одной из своих неразрезанных частей соединены друг с другом, образуя один общий ф-образный магнитопровод, установленный на неферромагнитной плате 11. Части магнитопровода 6 аналогично магнитопроводу 1 разделены между собой линейными зазорами δ₃ и δ₄ из неферромагнитного материала. Обмотки 3 и 10 возбуждения соединены между собой параллельно, а секции 4, 5 и 7, 8 измерительной обмотки - последовательно и встречно друг другу. Секции 4, 5 и 7, 8 измерительной обмотки могут быть включены также и по мостовой схеме измерения.The non-contact linear displacement sensor contains a fixed magnetic circuit 1, consisting of two equal parts separated by gaps δ ₁ and δ ₂ of non-magnetic material and together forming a flat split frame, a movable magnetic circuit 2, on which the excitation winding 3 is placed. On the uncut rods of the magnetic circuit 1, sections 4 and 5 of the measuring winding are placed. The sensor is equipped with an additional identical fixed magnetic circuit 6 with additional sections 7 and 8 of the measuring winding, as well as an additional movable magnetic circuit 9 with an additional excitation winding 10 placed on it. The main 1 and additional 6 magnetic circuits of one of its uncut parts are connected to each other, forming one common f-shaped magnetic circuit mounted on a non-ferromagnetic circuit board 11. The parts of the magnetic circuit 6, like magnetic circuit 1, are separated by linear gaps δ ₃ and δ ₄ of non-ferromagnetic material. The field windings 3 and 10 are interconnected in parallel, and sections 4, 5 and 7, 8 of the measuring winding are connected in series and counter to each other. Sections 4, 5 and 7, 8 of the measuring winding can also be included according to the bridge measurement scheme.

Подвижные магнитопроводы 2 и 9 вместе с размещенными на них обмотками соответственно 3 и 10 возбуждения представляют собой электромагниты 2-3 и 9-10 соответственно. The movable magnetic circuits 2 and 9, together with the windings 3 and 10, respectively, placed on them are electromagnets 2-3 and 9-10, respectively.

Бесконтактный датчик линейных перемещений работает следующим образом. A non-contact linear displacement sensor operates as follows.

При перемещении, например, электромагнита 2-3 вдоль продольной оси датчика отношение площади "a" к площади "b" неподвижного магнитопровода 1, которые находятся против полюсных башмаков 12 электромагнита, изменяется линейно, вследствие того, что зазоры между частями магнитопровода выполнены по наклонным прямым. Магнитный поток электромагнита 2-3 разделяется по частям магнитопровода 1 на магнитные потоки Ф1 и Ф2, величины которых пропорциональны площадям "a" и "b". При этом магнитные потоки Ф1 и Ф2 индуктируют в соответствующих обмотках 4 и 5 пропорциональные этим потокам ЭДС, отношение которых определяется положением электромагнита 2-3 относительно неподвижного магнитопровода 1. Разность ЭДС в секциях 4 и 5 измерительной обмотки характеризует координату положения электромагнита 2-3 относительно магнитопровода 1 и тем самым характеризует положение (линейную координату) одного из объектов относительно другого. When moving, for example, an electromagnet 2-3 along the longitudinal axis of the sensor, the ratio of the area "a" to the area "b" of the fixed magnetic circuit 1, which are opposite the pole shoes 12 of the electromagnet, changes linearly, because the gaps between the parts of the magnetic circuit are made along inclined straight lines . The magnetic flux of an electromagnet 2-3 is divided into parts of the magnetic circuit 1 into magnetic fluxes F1 and F2, the values of which are proportional to the areas "a" and "b". In this case, the magnetic fluxes F1 and F2 induce in the respective windings 4 and 5 proportional to these EMF flows, the ratio of which is determined by the position of the electromagnet 2-3 relative to the stationary magnetic circuit 1. The difference in the EMF in sections 4 and 5 of the measuring winding characterizes the coordinate of the position of the electromagnet 2-3 relative to the magnetic circuit 1 and thereby characterizes the position (linear coordinate) of one of the objects relative to the other.

При перемещении другого электромагнита 9-10 вдоль продольной оси датчика отношение площади "c"к площади "d" неподвижного магнитопровода 6, которые находятся против полюсных башмаков электромагнита 9-10, изменяется также линейно, вследствие выполнения зазоров между частями неподвижного магнитопровода 6 по наклонным прямым. Аналогично величины магнитных потоков ФЗ и Ф4 будут пропорциональны своим площадям "c" и "d", а отношение возбужденных этими потоками ЭДС определяет положение электромагнита 9-10 относительно неподвижного магнитопровода 6. При этом разность ЭДС в секциях 7 и 8 измерительной обмотки характеризует координату положения электромагнита 9-10 относительно неподвижного магнитопровода 6, и тем самым характеризует положение (линейную координату) одного объекта относительно другого. When moving another electromagnet 9-10 along the longitudinal axis of the sensor, the ratio of the area "c" to the area "d" of the fixed magnetic circuit 6, which are opposite the pole shoes of the electromagnet 9-10, also changes linearly, due to the gaps between the parts of the fixed magnetic circuit 6 along inclined straight lines . Similarly, the magnitude of the magnetic fluxes ФЗ and Ф4 will be proportional to their areas “c” and “d”, and the ratio of the emf excited by these fluxes determines the position of the electromagnet 9-10 relative to the stationary magnetic circuit 6. In this case, the difference in the emf in sections 7 and 8 of the measuring winding characterizes the position coordinate an electromagnet 9-10 relative to a stationary magnetic circuit 6, and thereby characterizes the position (linear coordinate) of one object relative to another.

При одновременном перемещении электромагнитов 2-3 и 9-10 на выходных зажимах датчика появляется напряжение, величина которого пропорциональна алгебраической сумме перемещений двух объектов. With the simultaneous movement of electromagnets 2-3 and 9-10, a voltage appears at the output terminals of the sensor, the magnitude of which is proportional to the algebraic sum of the movements of two objects.

Зазоры между частями неподвижных магнитопроводов 1 и 6 могут быть выполнены по ломаным линиям, в частности, пилообразными, "елочкой" и т.п. The gaps between the parts of the fixed magnetic circuits 1 and 6 can be made along broken lines, in particular, sawtooth, herringbone, etc.

Положительный эффект изобретения состоит в обеспечении возможности контроля одновременного линейного перемещения двух объектов с получением результата в виде алгебраической суммы этих перемещений. The positive effect of the invention consists in providing the ability to control the simultaneous linear movement of two objects with obtaining the result in the form of the algebraic sum of these movements.

Claims

A non-contact linear displacement sensor containing a fixed magnetic core made in the form of a flat frame, the longitudinal rods of which are cut along oblique straight or broken lines, a mobile magnetic core with pole shoes, an excitation winding located on the movable magnetic core, and two sections of the measuring winding located on the uncut parts of the stationary magnetic circuit, characterized in that it is equipped with an additional identical magnetic circuit with additional sections of the measuring winding, a movable magnetic circuit with pole shoes, an additional field winding placed on it, the main and additional magnetic circuits being connected to each other by one of their uncut parts, the main and secondary field windings are connected in parallel, and the sections of the measuring winding are connected in pairs in series and counter .