RU2297605C1 - Mechanical motion transducer - Google Patents
Mechanical motion transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2297605C1 RU2297605C1 RU2005125342/28A RU2005125342A RU2297605C1 RU 2297605 C1 RU2297605 C1 RU 2297605C1 RU 2005125342/28 A RU2005125342/28 A RU 2005125342/28A RU 2005125342 A RU2005125342 A RU 2005125342A RU 2297605 C1 RU2297605 C1 RU 2297605C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- strips
- substrate
- strip
- straps
- angular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам измерения неэлектрических величин и может быть использовано для измерения линейных и угловых перемещений объекта наблюдения.The invention relates to methods for measuring non-electric quantities and can be used to measure linear and angular displacements of the object of observation.
Известны датчики линейных и угловых перемещений [1]. В зависимости от диапазона измеряемых величин и требований к конструкциям они могут быть построены на основе реостатных, емкостных, индуктивных, тензорезистивных, пьезоэлектрических преобразователей.Known sensors of linear and angular displacements [1]. Depending on the range of measured values and design requirements, they can be built on the basis of rheostatic, capacitive, inductive, tensoresistive, piezoelectric transducers.
Указанные датчики применяются для измерения линейных перемещений в диапазоне 0.1-5 мм с точностью 0.1 мм и угловых перемещений в диапазоне 1-45° с точностью 10-0.5 угл. мин.These sensors are used to measure linear displacements in the range of 0.1-5 mm with an accuracy of 0.1 mm and angular displacements in the range of 1-45 ° with an accuracy of 10-0.5 ang. min
Когда решается задача об измерении значительных линейных (5-50 мм) и угловых (1-360°) перемещений с точностью, соответствующей 0.05 мм и 30-1 угл. с используются датчики линейных и угловых перемещений, которые имеют в своем составе подложку, выполненную из прозрачного или светонепроницаемого материала, покрытых большим количеством светонепроницаемых или поглощающих полосок, которые сканируются движущимся лучом источника, закрепленного на объекте наблюдения и светодетектора, с выхода которого импульсы поступают на реверсивный счетчик [2].When solving the problem of measuring significant linear (5-50 mm) and angular (1-360 °) movements with an accuracy corresponding to 0.05 mm and 30-1 angles. c linear and angular displacement sensors are used, which include a substrate made of a transparent or opaque material coated with a large number of opaque or absorbing strips that are scanned by a moving beam of a source fixed to the object of observation and the light detector, from the output of which the pulses are fed to the reverse counter [2].
Недостатком датчиков является необходимость возвращения подложки в начальное положение для возможности проведения измерения перемещения другого объекта наблюдения. Устранение неоднозначности индицирования отсчетов указанных датчиков достигается путем включения двух преобразующих элементов на каждую полоску, при этом ведущий элемент расположен несколько впереди ведомого. Эти элементы вместе с внешней схемой управления определяют действительный выход датчика, при этом усложняют конструкцию, кроме того уменьшается величина разрешающей способности датчика.The disadvantage of the sensors is the need to return the substrate to its initial position in order to be able to measure the movement of another object of observation. The elimination of the ambiguity in the indication of the readings of these sensors is achieved by including two converting elements on each strip, while the leading element is located somewhat ahead of the slave. These elements, together with an external control circuit, determine the actual output of the sensor, while complicating the design, in addition, the resolution of the sensor decreases.
Задачей данного изобретения является повышение вдвое разрешающей способности датчика угловых или линейных перемещений, устранение неоднозначности индицирования отсчетов указанных датчиков.The objective of the invention is to double the resolution of the sensor of angular or linear displacements, eliminating the ambiguity of displaying readings of these sensors.
Поставленная задача достигается тем, что датчик перемещений, содержащий источник света, устанавливаемый на объекте наблюдения, подложку с прямолинейной или угловой шкалой, образованной поглощающими полосками, расположенными на подложке на расстоянии друг от друга, равным размеру полоски, полоски на подложке расположены с образованием первого и второго рядов полосок, разделенных общей проводящей шиной, причем полоски первого ряда смещены относительно полосок второго ряда на одну полоску, полоски выполнены из материала с гистерезисной зависимостью сопротивления от температуры и каждая полоска снабжена сигнальным выводом, на другой стороне подложки размещены пленочные нагреватель и термопара, термочувствительные полоски подключены к аналоговому коммутатору, входящему в интерфейс измерительной системы.The problem is achieved in that the displacement sensor containing a light source mounted on the object of observation, a substrate with a rectilinear or angular scale formed by absorbing strips located on the substrate at a distance from each other equal to the size of the strip, the strips on the substrate are arranged to form the first and the second row of strips separated by a common conductive bus, and the strips of the first row are offset from the strips of the second row by one strip, the strips are made of material with a hysteresis temperature is dependent on resistance and each strip is equipped with a signal output, film heater and thermocouple are placed on the other side of the substrate, heat-sensitive strips are connected to an analog switch included in the interface of the measuring system.
Предлагаемый датчик иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 - 6.The proposed sensor is illustrated by the drawings shown in figures 1 to 6.
На фиг.1 приведена температурная зависимость удельного поверхностного сопротивления пленки VO2 толщиной 100 нм. Как видно ширина петли температурной гистерезисной пленки VO2 равна 18°С, при этом скачок электропроводности равен 20:1.Figure 1 shows the temperature dependence of the specific surface resistance of the VO 2 film with a thickness of 100 nm. As you can see the width of the loop of the temperature hysteresis film VO 2 is equal to 18 ° C, while the jump in conductivity is 20: 1.
Путем термостатирования пленки VO2 на уровне 70°С реализуется режим внутренней памяти. Плотность мощности источника излучения, обеспечивающая нагрев пленки VO2 на 2-3°С относительно температуры термостатирования, равна (2-3)10-2 Вт/см. Фазовый переход полупроводник-металл (ФППМ) в пленке VO2 имеет гистерезисный характер и протекает в диапазоне 44-85°С. Ширина петли гистерезиса составляет 15-18°С при толщине пленки VO2 в диапазоне 115-80 нм. Пленочный нагреватель обеспечивает нагрев пленки VO2 до температуры, равной середине петли гистерезиса. Наличие внутренней памяти у термочувствительного слоя теплового датчика на основе пленки VO2 обеспечивает абсолютную фиксацию объекта наблюдения и резко упрощает схему управления.By thermostating the VO 2 film at a level of 70 ° C, the internal memory mode is implemented. The power density of the radiation source, which provides heating of the VO 2 film by 2-3 ° C relative to the temperature of thermostating, is (2-3) 10 -2 W / cm. The semiconductor-metal phase transition (FPPM) in the VO 2 film has a hysteretic character and occurs in the range 44–85 ° С. The width of the hysteresis loop is 15-18 ° C with a VO 2 film thickness in the range of 115-80 nm. Film heater heats VO 2 film to a temperature equal to the middle of the hysteresis loop. The presence of the internal memory of the heat-sensitive layer of the thermal sensor based on the VO 2 film provides absolute fixation of the object under observation and greatly simplifies the control circuit.
На фиг.2 приведена конструкция датчика линейных перемещений. На объекте наблюдения 1 установлен источник излучения 2, который сопряжен со световодом 3. При перемещении объекта 1 световое пятно облучает термочувствительные полоски 4, соединенные с контактными площадками 5. Термочувствительные полоски 4 расположены на поверхности подложки 6 в виде первого и второго рядов относительно общей шины 7. Полоски первого ряда смещены относительно второго ряда на одну термочувствительную полоску. Расстояние между полосками равно размеру полоски.Figure 2 shows the design of the linear displacement sensor. A
На фиг.3 приведен вид с обратной стороны подложки датчика линейных перемещений. На обратной стороне подожки 6 расположен пленочный нагреватель 8 в виде зигзагообразной ленты, выполненной из NiCr и пленочная термопара 9, выполненная из Cu-Ni.Figure 3 shows a view from the back of the substrate of the linear displacement sensor. On the reverse side of the
При перемещении объекта наблюдения 1 закрепленный на нем источник света 2 сканирует термочувствительные полоски 4 датчика. При сканировании соответствующей термочувствительной полоски первого или второго рядов источником света, она нагревается и меняет свое сопротивление, и это изменение сопротивления хранится в памяти, так как термочувствительный слой на основе пленки VO2 термостатируется в середине петли гистерезиса. Наличие внутренней памяти термочувствительного слоя датчика обеспечивает однозначность измерения величены перемещения объекта наблюдения.When moving the object of
На фиг.4 приведена конструкция датчика угловых перемещений. На объекте наблюдения 1 установлен источник излучения 2, который сопряжен со световодом 3. При перемещении объекта 1 световое пятно облучает термочувствительные полоски 4, соединенные с контактными площадками 5. Термочувствительные полоски 4 расположены на поверхности подложки 6 в виде первого и второго рядов относительно общей шины, выполненной в форме кольца 7. Полоски первого ряда смещены относительно полосок второго ряда на одну термочувствительную полоску. Общая шина 7 имеет металлизированный вывод на противоположной стороне подложки 6, выполненной в виде диска.Figure 4 shows the design of the sensor of angular displacements. A
На фиг.5 приведен вид с обратной стороны подложки датчика угловых перемещений. На обратной стороне подложки 6 размещен пленочный нагреватель 8 из NiCr в виде зигзагообразной ленты, образующей кольцо и пленочная термопара 9 из Cu-Ni.Figure 5 shows a view from the back of the substrate of the sensor of angular displacements. On the reverse side of the
На фиг.6 представлена схема управления датчиком перемещений, снабженная светодиодным индикатором.Figure 6 presents the control circuit of the displacement sensor, equipped with an LED indicator.
Схема управления фиксирует изменение сопротивления облучаемой в данный момент времени полоски 4 термочувствительного слоя датчика. Число полосок термочувствительного слоя датчика, изменивших свое сопротивление за время перемещения объекта наблюдения, индицируется на светодиодном табло.The control circuit records the change in the resistance of the strip 4 of the thermally sensitive layer of the sensor irradiated at a given time. The number of strips of the heat-sensitive layer of the sensor, which have changed their resistance during the movement of the object of observation, is indicated on the LED display.
Генератор 10 задает частоту опроса термочувствительных полосок датчика. Импульсы с генератора 10 подаются на соответствующие двоичные делители для дешифраторов выбора коммутатора 11 и десятичные делители для схемы индикации 14. Выходы аналогового коммутатора 11 соединены с компаратором 12. С выхода компаратора 12 сигнал подается на совокупность шестнадцатеричных счетчиков 13. С выхода счетчиков 13 сигнал подается на двухразрядный десятичный светодиодный индикатор 14. Схема управления фиксирует число полосок, изменивших величину сопротивления за время перемещения объекта, которая индицируется на светодиодном табло.The
Приведена реализация схемы управления, которая представляет собой аналоговый коммутатор в виде совокупности м/с К651КП2, выходы которых соединены с компаратором на базе К554СА3. С выхода компаратора сигнал подается на совокупность шестнадцатеричных счетчиков, выполненных на базе К561ИЕ10. Входы счетчиков соединены с задающим генератором, выполненном на базе К561ЛА7. Генератор 10 задает частоту опроса полосок термочувствительного слоя датчика. Импульсы с генератора подаются на соответствующие двоичные делители для дешифраторов выбора м/с коммутатора 11 и десятичные делители для схемы индикации 14. Индикация осуществляется на двухразрядном десятичном светодиодном индикаторе АЛС314Б 14.An implementation of a control circuit is given, which is an analog switch in the form of a combination of m / s K651KP2, the outputs of which are connected to a comparator based on K554CA3. From the output of the comparator, the signal is supplied to a set of hexadecimal counters based on K561IE10. The inputs of the meters are connected to a master oscillator based on K561LA7. The
Точность контроля датчика линейных или угловых перемещений объекта наблюдения определяется размерами термочувствительной полоски 4 датчика.The accuracy of monitoring the sensor of linear or angular displacements of the object of observation is determined by the size of the heat-sensitive strip 4 of the sensor.
Тепловые датчики линейных и угловых перемещений изготавливаются из керамики ВК-100 толщиной 0.5 мм. Форма подложки в виде прямоугольника или диска определяются типом датчика, а их размеры диапазоном линейных и угловых перемещений объекта излучения.Thermal linear and angular displacement sensors are made of VK-100 ceramics with a thickness of 0.5 mm. The shape of the substrate in the form of a rectangle or disk is determined by the type of sensor, and their size by the range of linear and angular movements of the radiation object.
Выполнение измерительной шкалы в виде первого и второго рядов термочувствительных полосок со смещением одного ряда относительно другого на одну полоску обеспечивает точность контроля линейных или угловых перемещений, равный размеру термочувствительной полоски.The implementation of the measuring scale in the form of the first and second rows of heat-sensitive strips with an offset of one row relative to another by one strip ensures the accuracy of control of linear or angular movements equal to the size of the heat-sensitive strip.
Размеры термочувствительных полосок 30×30 мкм2, зазор между полосками 30 мкм. Второй ряд термочувствительных полосок смещен относительно первого ряда на 30 мкм. Это обычные возможности фотолитографии.The sizes of the heat-sensitive strips are 30 × 30 μm 2 , the gap between the strips is 30 μm. The second row of heat-sensitive strips is offset from the first row by 30 μm. These are the usual features of photolithography.
Если использовать метод размерной лазерной обработки тонких пленок VO2, то размеры термочувствительных полосок можно довести до 1×1 мкм2, таким образом, предельная разрешающая способность датчика линейных перемещений может составить 1 мкм на длине 50 мм.If we use the method of dimensional laser processing of VO 2 thin films, then the sizes of the heat-sensitive strips can be brought to 1 × 1 μm 2 , thus, the maximum resolution of the linear displacement sensor can be 1 μm over a length of 50 mm.
Что касается датчика угловых перемещений, то его разрешающая способность при перемещении объекта наблюдения в диапазоне 360° составляет 8 угл. с при размере подложки 90×90 мм2.As for the angular displacement sensor, its resolution when moving the object of observation in the range of 360 ° is 8 angles. with a substrate size of 90 × 90 mm 2 .
Таким образом, по сравнению с существующими датчиками линейных и угловых перемещений, предлагаемые датчики обладают вдвое большей величиной, разрешающей способности, и являются абсолютными датчиками линейных и угловых перемещений (сигнал их выхода однозначно индицирует положение объекта наблюдения).Thus, in comparison with existing linear and angular displacement sensors, the proposed sensors have twice as much resolution and are absolute sensors of linear and angular displacements (their output signal unambiguously indicates the position of the observed object).
Источники информацииInformation sources
1. Алиев Т.М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Учебное пособие для технических вузов. - М.: Высшая школа, 1991, 384 с.1. Aliev T.M., Ter-Khachaturov A.A. Measuring equipment: Textbook for technical universities. - M.: Higher School, 1991, 384 p.
2. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Перевод с английского. - Энергоатомиздат, 1991, 144с. - прототип.2. Brindley K. Measuring Transducers: Reference Guide: Translation from English. - Energoatomizdat, 1991, 144p. - prototype.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125342/28A RU2297605C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Mechanical motion transducer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005125342/28A RU2297605C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Mechanical motion transducer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2297605C1 true RU2297605C1 (en) | 2007-04-20 |
Family
ID=38036922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005125342/28A RU2297605C1 (en) | 2005-08-09 | 2005-08-09 | Mechanical motion transducer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2297605C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2739043C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-12-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Инструментальных Систем" | Measuring device of linear movements of slider with cutter of boring head of machine tool |
-
2005
- 2005-08-09 RU RU2005125342/28A patent/RU2297605C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2739043C1 (en) * | 2019-10-28 | 2020-12-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Уральский Завод Инструментальных Систем" | Measuring device of linear movements of slider with cutter of boring head of machine tool |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2258129T3 (en) | METHOD FOR MEASURING STRUCTURES IN A DACTILAR FOOTPRINT WITH A LINEAR SENSOR. | |
CN100485309C (en) | Megnetic displacement measurement device | |
JP3168451B2 (en) | Rotary encoder | |
US4677293A (en) | Photoelectric measuring system | |
EP2602594A1 (en) | Sensor for measuring a periodic signal comprising several harmonics | |
JPH05215506A (en) | Capacitive position sensor | |
JPS62235504A (en) | Capacity-type position measuring transducer | |
JPH06258102A (en) | Measuring device | |
JP6000759B2 (en) | Scale, encoder, lens device, and imaging system | |
US5955882A (en) | Magnetic position measuring device using a plurality of sensors and a scale | |
US5174159A (en) | Linear displacement and strain measuring apparatus | |
RU2297605C1 (en) | Mechanical motion transducer | |
JP4580060B2 (en) | Scanning unit of optical position measuring device | |
JPS62239019A (en) | Capacity type position measuring transducer | |
JPH0467881B2 (en) | ||
JPH0473527B2 (en) | ||
JP2012073127A (en) | Clinical thermometer | |
JPH0358447B2 (en) | ||
SU920361A1 (en) | Polymeric material physical parameter checking transducer | |
JPS6365316A (en) | Optical displacement detecting device | |
JP3008210B2 (en) | Speed detecting device and size measuring device using array type thermopile | |
JPH0634358A (en) | Waterproof measuring instrument | |
JPS62287116A (en) | Capacity type position measuring transducer | |
RU2121661C1 (en) | Electric measuring instrument | |
JPS62238412A (en) | Capacity type position measuring transducer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120716 |
|
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20120716 Effective date: 20150116 |