RU2392582C1

RU2392582C1 - Inductive sensor

Info

Publication number: RU2392582C1
Application number: RU2009113097/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Никонович Лукьянчук (RU); Виталий Никонович Лукьянчук
Priority date: 2009-04-07
Filing date: 2009-04-07
Publication date: 2010-06-20

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: invention relates to displacement sensors, in particular - to those registering displacement of any two objects relative to each other. The sensor consists of two parts capable of displacement relative to each other. The first part contains frame antennas, the transmitting one and the receiving one, connected to an AC source and a signal processing unit accordingly. The second part consists of a frame receiving antenna connected to a non-linear element, two capacitors and a frame transmitting antenna consisted of a frame(s) electrically interconnected. The non-linear element is represented by a single or double wave rectifier whose inputs and outputs are connected to the receiving and the transmitting frame antennas accordingly. The first capacitor is connected to the receiving frame antenna and forms a resonance circuit whose resonance frequency is equal to the AC source frequency. The second capacitor is connected to the transmitting frame antenna and forms a resonance circuit whose resonance frequency exceeds the AC source frequency by a factor of two. The axis of frame coils of the one part transmitting antenna is parallel to the axis of frame coils of the other sensor part receiving antenna. The axes of the frame coils of the receiving and transmitting antennas in each of the inductive sensor parts are positioned within mutually perpendicular planes.

EFFECT: enhanced sensibility, sensor design simplification and reliability improvement.

4 dwg

Description

Изобретение относится к электромагнитным датчикам перемещения, в частности к перемещениям двух каких-либо объектов относительно друг друга.The invention relates to electromagnetic displacement sensors, in particular to the movements of two any objects relative to each other.

Известен патент №2231019, опубликован в Б.И. №17 от 20.06.2004 г. "Индуктивный датчик перемещения", который состоит из первой и второй частей, перемещающихся относительно друг друга, при этом первая часть содержит рамочную передающую антенну, подключенную к источнику переменного электрического тока, рамочную приемную антенну, подключенную к блоку обработки сигналов, а вторая часть датчика индуктивного содержит рамочную приемную антенну, подключенную к нелинейному элементу.Known patent No. 2231019, published in B.I. No. 17 dated 06/20/2004 "Inductive displacement sensor", which consists of the first and second parts moving relative to each other, while the first part contains a frame transmitting antenna connected to an AC source, a frame receiving antenna connected to the unit signal processing, and the second part of the inductive sensor contains a frame receiving antenna connected to a nonlinear element.

Указанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и взято в качестве прототипа.The specified device is the closest in technical essence to the claimed invention and is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является малое значение отношения амплитуды полезного сигнала к амплитуде сигнала помехи (фона), действующих на выходе приемной антенны (входе блока обработки сигнала), что уменьшает чувствительность и усложняет устройство датчика индуктивного.The disadvantage of the prototype is the small value of the ratio of the amplitude of the useful signal to the amplitude of the interference signal (background) acting at the output of the receiving antenna (input of the signal processing unit), which reduces the sensitivity and complicates the inductive sensor device.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание датчика индуктивного, который выдает информацию о взаимном расположении двух объектов.The problem to which the invention is directed is to create an inductive sensor that provides information about the relative position of two objects.

Достигнутым техническим результатом заявляемого изобретения является повышение чувствительности, упрощение конструкции датчика и повышение его надежности.The achieved technical result of the claimed invention is to increase the sensitivity, simplify the design of the sensor and increase its reliability.

Для достижения технического результата в датчике индуктивном, состоящем из двух частей, имеющих возможность перемещения относительно друг друга, при этом первая часть датчика содержит рамочные передающую и приемную антенны, подключенные к источнику переменного тока и блоку обработки сигналов соответственно, вторая часть индуктивного датчика содержит рамочную приемную антенну, подключенную к нелинейному элементу, новым является то, что во вторую часть индуктивного датчика дополнительно введены два конденсатора и рамочная передающая антенна, состоящая из одной или нескольких электрически соединенных между собой рамок, при этом нелинейный элемент выполнен в виде одно- или двух полупериодного выпрямителя, входы и выходы которого подключены к рамочным приемной и передающей антеннам соответственно, первый конденсатор соединен с рамочной приемной антенной и образует резонансный контур, резонансная частота которого равна частоте источника переменного тока, а второй конденсатор подключен к рамочной передающей антенне и образует резонансный контур, резонансная частота которого в два раза больше частоты источника переменного тока, при этом ось витков рамок передающей антенны одной части параллельна оси витков рамок приемной антенны другой части датчика, а оси витков рамок приемной и передающей антенн в каждой части датчика расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях.To achieve a technical result in an inductive sensor, consisting of two parts that can be moved relative to each other, the first part of the sensor contains a frame transmitting and receiving antennas connected to an AC source and a signal processing unit, respectively, the second part of the inductive sensor contains a frame receiving the antenna connected to the non-linear element, new is that in the second part of the inductive sensor two capacitors and a frame transmitting are additionally introduced an antenna consisting of one or more electrically interconnected frames, while the non-linear element is made in the form of one or two half-period rectifiers, the inputs and outputs of which are connected to the frame receiving and transmitting antennas, respectively, the first capacitor is connected to the frame receiving antenna and forms a resonant a circuit whose resonant frequency is equal to the frequency of the AC source, and the second capacitor is connected to the frame transmitting antenna and forms a resonant circuit, the resonant frequency which is twice the frequency of the AC source, while the axis of the turns of the frames of the transmitting antenna of one part is parallel to the axis of the turns of the frames of the receiving antenna of the other part of the sensor, and the axis of the turns of the frames of the receiving and transmitting antennas in each part of the sensor are located in mutually perpendicular planes.

Функциональная схема заявляемого устройства представлена на фиг.1. На фиг.2а, 2б, 2в представлены возможные варианты конструктивных схем антенных систем датчика индуктивного. На фиг.3а, 3б, 3в, 3г представлены варианты связи между приемной и передающей антеннами второй части датчика через нелинейный элемент. На фиг.4 представлена эквивалентная схема передачи сигнала от генератора переменного тока через антенную систему первой и второй части датчика до блока обработки сигнала.Functional diagram of the inventive device is presented in figure 1. On figa, 2b, 2c presents possible options for structural schemes of antenna systems of the sensor inductive. On figa, 3b, 3c, 3g presents communication options between the receiving and transmitting antennas of the second part of the sensor through a nonlinear element. Figure 4 presents an equivalent circuit for transmitting a signal from an alternator through an antenna system of the first and second parts of the sensor to the signal processing unit.

Датчик индуктивный состоит (см. фиг.1) из части 1 и части 2. В состав части 1 входит рамочная передающая антенна 3, подключенная к источнику переменного тока 4, рамочная приемная антенна 5, выходы которой подключены к входам блока обработки сигналов 6. В состав части 2 входит рамочная приемная антенна 7, подключенная к рамочной передающей антенне 8 через нелинейный элемент 9, к выводам рамочных антенн 7 и 8 подключены соответственно конденсаторы 10, 11. Расстояние между частями 1 и 2 может изменяться в процессе их перемещения относительно друг друга. Каждая из частей 1, 2 содержит рамочные передающие антенны 3 и 8 и рамочные приемные антенны 5 и 7. В варианте (см. фиг.2а) все рамочные антенны выполнены намоткой провода на ферромагнитные стержни (например, ферритовые). При этом оси стержней рамочных передающих 3, 8 и приемных 7 и 5 магнитных антенн, принадлежащих соответственно каждой из частей датчика, расположены между собой взаимно перпендикулярно, а ось стержня передающей антенны одной части параллельна оси стержня приемной антенны другой части. В варианте (см. фиг.2б) одна из антенн каждой из частей, например передающая антенна 3 части 1 и приемная антенна 8 части 2, выполнены в виде проволочных рамок, а остальные приемная антенна 5 части 1 и передающая антенна 7 части 2 выполнены намоткой провода на ферромагнитные стержни, при этом плоскости, в которых располагаются витки проволочных рамок, а также оси ферромагнитных стержней антенн первой и второй части датчика параллельны между собой.The inductive sensor (see Fig. 1) consists of part 1 and part 2. Part 1 includes a frame transmitting antenna 3 connected to an AC source 4, a frame receiving antenna 5, the outputs of which are connected to the inputs of the signal processing unit 6. B Part 2 includes a frame receive antenna 7 connected to the frame transmit antenna 8 through a non-linear element 9, capacitors 10, 11 are connected to the terminals of the frame antennas 7 and 8. The distance between parts 1 and 2 can change during their movement relative to each other. Each of the parts 1, 2 contains frame transmitting antennas 3 and 8 and frame receiving antennas 5 and 7. In the embodiment (see FIG. 2a), all frame antennas are made by winding wires onto ferromagnetic rods (for example, ferrite rods). In this case, the axis of the rods of the frame transmitting 3, 8 and receiving 7 and 5 magnetic antennas belonging respectively to each of the sensor parts are mutually perpendicular to each other, and the axis of the rod of the transmitting antenna of one part is parallel to the axis of the rod of the receiving antenna of the other part. In an embodiment (see FIG. 2b), one of the antennas of each of the parts, for example, the transmitting antenna 3 of part 1 and the receiving antenna 8 of part 2, is made in the form of wire frames, and the remaining receiving antenna 5 of part 1 and the transmitting antenna 7 of part 2 are made by winding wires to the ferromagnetic rods, while the planes in which the turns of the wire frames are located, as well as the axis of the ferromagnetic rods of the antennas of the first and second parts of the sensor are parallel to each other.

Кроме представленных на фиг.2 вариантов антенных систем, возможно использование вариантов, в которых одна из антенн или все антенны выполнены на двух или более разнесенных ферромагнитных стержнях, обмотки которых включены параллельно или последовательно. На фиг.3 представлены некоторые характерные варианты связи посредством нелинейного элемента приемной и передающей антенн части 2 датчика индуктивного. На фиг.3а изображен вариант с однополупериодным выпрямителем и автотрансформаторным подключением к входу и выходу. На фиг.3б и 3в изображены варианты с двухполупериодным выпрямителем и автотрансформаторным подключением. На фиг.3г изображен вариант с трансформаторным подключением входа и выхода выпрямителя, который может быть выполнен одно- или двухполупериодным. Возможны и другие вариации связи нелинейной между приемной и передающей антеннами, представляющие комбинации трансформаторного и автотрансформаторного подключения к входу и выходу выпрямителя. Поскольку индуктивный датчик предназначен для выдачи информации (команды) при достижении некоторого граничного расстояния между двумя взаимно перемещающимися объектами в процессе сближения или удаления, то первая часть датчика устанавливается на первом объекте, а вторая часть - на втором объекте. Работа датчика основана на электромагнитном взаимодействии антенн, расположенных на его первой и второй частях.In addition to the antenna system variants shown in FIG. 2, it is possible to use variants in which one of the antennas or all antennas is made on two or more spaced ferromagnetic rods, the windings of which are connected in parallel or in series. Figure 3 presents some typical communication options through a nonlinear element of the receiving and transmitting antennas of the inductive sensor part 2. On figa shows a variant with a half-wave rectifier and autotransformer connection to the input and output. On figb and 3c shows options with a half-wave rectifier and autotransformer connection. On fig.3g shows a variant with transformer connection of the input and output of the rectifier, which can be made one-or two-half-cycle. Other variations of the nonlinear coupling between the receiving and transmitting antennas are possible, representing combinations of transformer and autotransformer connections to the input and output of the rectifier. Since the inductive sensor is designed to issue information (command) when reaching a certain boundary distance between two mutually moving objects in the process of convergence or removal, the first part of the sensor is installed on the first object, and the second part on the second object. The operation of the sensor is based on the electromagnetic interaction of the antennas located on its first and second parts.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

Переменный ток, протекающий по виткам передающей антенны 3 первой части датчика 1 под действием источника переменного тока 4, выходом, подключенным к выводам обмотки антенны 3, создает в окружающем пространстве электромагнитное поле. Взаимодействие электромагнитного поля, созданного передающей антенной 3 с приемной антенной 7 второй части датчика, приводит к появлению на выводах обмотки приемной антенны 7 переменного напряжения с частотой, равной частоте источника переменного тока 4. Значение амплитуды переменного напряжения на выводах обмотки приемной антенны 7 пропорционально амплитуде напряженности магнитного поля, создаваемого антенной 3 и значению коэффициента связи K_3.7 между антеннами 3 и 7. Напряженность магнитного поля, создаваемого антенной 3, зависит от значения амплитуды электрического тока, протекающего по ее виткам, числа витков и геометрических размеров рамки антенны. Коэффициент связи между антеннами определяется размерами их рамок и их взаимным расположением в пространстве: расстоянием и углом между плоскостями, содержащими витки рамок антенн 3 и 7 соответственно. Коэффициент связи между передающей 3 и приемной 7 антеннами растет при уменьшении расстояния между первой и второй частями датчика и соответственно между их антеннами и при прочих равных условиях будет максимален при параллельности указанных выше плоскостей (в случае перпендикулярности их взаимного положения коэффициент связи близок к нулю), поэтому положения рамок передающей антенны 3 на первой части датчика и приемной антенны 7 на второй части установлены так, чтобы витки их обмоток были расположены в параллельных плоскостях. Напряжение, возникающее на выходах приемной антенны 7 под действием электромагнитного поля, создает ток контура индуктивность рамки 7 (L₇) - конденсатор 10 (С₁₀) (см. фиг.3), который имеет максимальное значение при равенстве резонансной частоты контура L₇, С₁₀ антенны 7 частоте генератора переменного тока 4. Часть напряжения, действующего на элементах контура L₇, С₁₀, через элементы связи приложена к входу выпрямителя 9. В случаях, когда амплитуда этого напряжения будет больше прямого напряжения диода в выходной цепи выпрямителя, подключенного к элементам связи с передающей антенной 8, во второй части датчика появится ток, существующий в течение части периода переменного напряжения, действующего на входе выпрямителя, форма этого тока близка к косинусоидальной и в своем спектре содержит высшие гармоники, в том числе вторую гармонику, которая возбуждает контурный ток в параллельном резонансном контуре, образованном индуктивностью рамки передающей антенны 8 L₈ (второй части датчика, см. фиг.3, 4) и подключенном к ее выводам конденсатором 11 (С₁₁, фиг.4). Резонансная частота контура L₈, С₁₁ в два раза больше частоты переменного электромагнитного поля, возбуждаемого генератором 4 и передающей антенной 3. Переменный ток удвоенной частоты, протекающий по обмотке передающей антенны 8 второй части датчика, возбуждает в окружающем пространстве электромагнитное поле в два раза больше частоты электромагнитного поля, возбужденного антенной 3. Таким образом, в окружающем пространстве первой и второй части датчика индуктивного (см. фиг.1) возможно наличие переменных электромагнитных полей от двух передающих антенн 3 и 8 соответственно, отличающихся значениями амплитуды напряженности магнитного поля и двукратной разницей его частоты.The alternating current flowing through the turns of the transmitting antenna 3 of the first part of the sensor 1 under the action of an alternating current source 4, with an output connected to the terminals of the antenna winding 3, creates an electromagnetic field in the surrounding space. The interaction of the electromagnetic field created by the transmitting antenna 3 with the receiving antenna 7 of the second part of the sensor leads to the appearance on the terminals of the windings of the receiving antennas 7 of an alternating voltage with a frequency equal to the frequency of the AC source 4. The amplitude of the alternating voltage at the terminals of the windings of the receiving antenna 7 is proportional to the amplitude of the voltage magnetic field generated by the antenna 3 and the value of the coupling coefficient K _3.7 between the antennas 3 and 7. The magnetic field generated by antenna 3, depends on the value eniya amplitude electrical current flowing through its coils, number of turns and geometry of the antenna frame. The coupling coefficient between the antennas is determined by the size of their frames and their relative position in space: the distance and angle between the planes containing the turns of the antenna frames 3 and 7, respectively. The coupling coefficient between transmitting 3 and receiving 7 antennas increases with decreasing distance between the first and second parts of the sensor and, accordingly, between their antennas and all other things being equal, will be maximum when the above planes are parallel (if the relative position is perpendicular to each other, the coupling coefficient is close to zero), therefore, the positions of the frames of the transmitting antenna 3 on the first part of the sensor and the receiving antenna 7 on the second part are set so that the turns of their windings are located in parallel planes. The voltage arising at the outputs of the receiving antenna 7 under the influence of an electromagnetic field creates a loop current, the inductance of the frame 7 (L ₇ ) - capacitor 10 (C ₁₀ ) (see figure 3), which has a maximum value when the resonance frequency of the circuit L _{7 is} equal, ₁₀ C frequency antenna 7 alternator 4. Part of the stress acting on the circuit elements L _7, C _10, through connecting elements applied to the input of the rectifier 9. in cases where the amplitude of this voltage is larger than the direct diode voltage to the output rectifier circuit connected to to the elements of communication with the transmitting antenna 8, a current will appear in the second part of the sensor during the part of the alternating voltage period acting at the input of the rectifier, the shape of this current is close to cosine and contains higher harmonics in its spectrum, including the second harmonic that excites the loop current in a parallel resonant circuit formed by the inductance of the frame of the transmitting antenna 8 L ₈ (second part of the sensor, see Fig.3, 4) and connected to its terminals by a capacitor 11 (C ₁₁ , Fig.4). The resonant frequency of the circuit L ₈ , C ₁₁ is two times higher than the frequency of the alternating electromagnetic field excited by the generator 4 and the transmitting antenna 3. The alternating current of twice the frequency flowing through the winding of the transmitting antenna 8 of the second part of the sensor excites the electromagnetic field in the surrounding space is twice as much frequency of the electromagnetic field excited by the antenna 3. Thus, in the surrounding space of the first and second parts of the inductive sensor (see figure 1), the presence of alternating electromagnetic fields from two ne edayuschih antennas 3 and 8, respectively, differing values of the amplitude of the magnetic field intensity and difference twice its frequency.

На выводах приемной антенны 5 первой части датчика при взаимодействии с указанными составляющими электромагнитного поля соответственно возникают две составляющие переменного напряжения амплитуды, которые зависят от значений напряженностей магнитных полей этих составляющих и от коэффициентов K_8.5, K_3.7 связи между приемной антенной 5 и передающими антеннами 3 и 8 соответственно. При этом составляющая выходного напряжения приемной антенны 5 от взаимодействия с электромагнитным полем, созданным передающей антенной 8 второй части датчика, является полезным сигналом, а составляющая выходного напряжения, обусловленная действием поля передающей антенны 3 первой части датчика, является помехой, и ее значение должно быть минимально возможным. Уменьшение уровня помехи от поля антенны 3 достигается ориентацией витков обмотки (рамки) антенны 5 так, чтобы они располагались в плоскостях, перпендикулярных плоскостям, в которых расположены витки передающей антенны 3. При этом для сохранения максимального коэффициента K_8.5 связи между приемной антенной 5 первой части датчика и передающей антенной 8 второй части витки их обмоток располагаются в параллельных плоскостях. Это позволяет также и минимизировать коэффициент связи между антеннами 7, 8 второй части датчика.At the terminals of the receiving antenna 5 of the first part of the sensor when interacting with the indicated components of the electromagnetic field, respectively, there are two components of the alternating voltage of the amplitude, which depend on the values of the magnetic field strengths of these components and on the coupling coefficients K _8.5 , K _3.7 between the receiving antenna 5 and transmitting antennas 3 and 8 respectively. Moreover, the component of the output voltage of the receiving antenna 5 from interaction with the electromagnetic field created by the transmitting antenna 8 of the second part of the sensor is a useful signal, and the component of the output voltage due to the action of the field of the transmitting antenna 3 of the first part of the sensor is an obstacle, and its value should be minimal possible. Reducing the level of interference from the field of the antenna 3 is achieved by orientation of the turns of the winding (frame) of the antenna 5 so that they are located in planes perpendicular to the planes in which the turns of the transmitting antenna 3 are located. At the same time, to maintain the maximum coupling coefficient K _8.5 between the receiving antenna 5 of the first part the sensor and the transmitting antenna 8 of the second part of the coil of their windings are located in parallel planes. This also allows to minimize the coupling coefficient between the antennas 7, 8 of the second part of the sensor.

Взаимоперпендикулярное расположение плоскостей витков передающих и приемных антенн на каждой из частей датчика обеспечивает не только минимизацию уровня помехи на выходе приемной антенны 5, но и устраняет влияние одной антенны на другую при их настройках, что существенно упрощает процесс настройки в резонанс каждой из антенн. Как указывается выше, уровень сигнала с удвоенной частотой на выходе приемной антенны 5 зависит от значения тока возбуждения передающей антенны 3, коэффициента связи между парами передающих и приемных антенн 3, 7 и 8, 5 и коэффициента второй гармоники тока на выходе нелинейного элемента 9. При постоянстве значения тока возбуждения передающей антенны 3 уровень сигнала на выходе приемной антенны 5 определяется коэффициентами связи K_3.7, K_8.5, которые в свою очередь зависят от расстояния между антеннами и углами между осями их рамок (витков).The mutually perpendicular arrangement of the planes of the turns of the transmitting and receiving antennas on each part of the sensor not only minimizes the level of interference at the output of the receiving antenna 5, but also eliminates the influence of one antenna on the other when tuning them, which greatly simplifies the process of tuning into resonance of each of the antennas. As indicated above, the signal level with a double frequency at the output of the receiving antenna 5 depends on the value of the excitation current of the transmitting antenna 3, the coupling coefficient between the pairs of transmitting and receiving antennas 3, 7 and 8, 5 and the coefficient of the second harmonic of the current at the output of the nonlinear element 9. When the constant value of the excitation current of the transmitting antenna 3, the signal level at the output of the receiving antenna 5 is determined by the coupling coefficients K _3.7 , K _8.5 , which in turn depend on the distance between the antennas and the angles between the axes of their frames (turns).

Таким образом, заявляемый индуктивный датчик может быть использован для определения расстояния между двумя объектами при поступательном (прямолинейном) перемещении относительно друг друга или при относительном вращательном движении. В первом случае пары приемной и передающей антенн, располагаемых на разных частях индуктивного датчика, ориентируются так, чтобы оси рамок этих пар антенн были параллельны, что обеспечивает максимальную чувствительность. В случае использования индуктивного датчика для определения вращательного относительного перемещения двух объектов, оси рамок одной из пар передающей и приемной антенн, располагаемых на разных частях датчика, должны быть параллельны, а оси другой пары располагаются под углом, значение которого изменяется при угловом относительном перемещении объектов. При этом при значении переменного угла между осями, равном 90°, коэффициент связи между соответствующими антеннами будет минимален, а при значении угла, равном 0 или 180°, - максимален. Прохождение сигнала от генератора переменного тока 3 до входа блока обработки сигнала 6 иллюстрируется эквивалентной электрической схемой датчика индуктивного, изображенной на фиг.4.Thus, the inventive inductive sensor can be used to determine the distance between two objects during translational (rectilinear) movement relative to each other or in relative rotational motion. In the first case, the pairs of receiving and transmitting antennas located on different parts of the inductive sensor are oriented so that the axes of the frames of these pairs of antennas are parallel, which ensures maximum sensitivity. In the case of using an inductive sensor to determine the rotational relative displacement of two objects, the axis of the frames of one of the pairs of transmitting and receiving antennas located on different parts of the sensor should be parallel, and the axes of the other pair are located at an angle, the value of which changes with the angular relative movement of the objects. In this case, when the value of the variable angle between the axes is 90 °, the coupling coefficient between the corresponding antennas will be minimal, and if the angle is 0 or 180 °, it will be maximum. The passage of the signal from the alternator 3 to the input of the signal processing unit 6 is illustrated by an equivalent inductive sensor circuit shown in FIG. 4.

Значение амплитуды напряжения полезного сигнала на выходе приемной антенны 5 U₅ пропорционально значению амплитуды тока I₃, протекающего по виткам рамки передающей антенны 3, коэффициенту взаимной индуктивности между передающей антенной 3 и приемной антенной 7 - М_3.7, добротности контура, образованного индуктивностью антенны 7 и конденсатором 10, коэффициенту передачи по второй гармонике четырехполюсника связи (содержит нелинейный элемент) между контурами L₇, С₁₀ и L₈, C₁₁, добротности контура L₈, C₁₁, образованного индуктивностью передающей антенны 8 и конденсатором С₁₁, взаимной индуктивности М_8.5 между передающей антенной 8 и приемной антенной 5.The value of the amplitude of the voltage of the useful signal at the output of the receiving antenna 5 U _{5 is} proportional to the value of the amplitude of the current I ₃ flowing through the turns of the frame of the transmitting antenna 3, the coefficient of mutual inductance between the transmitting antenna 3 and the receiving antenna 7 - M _3.7 , the quality factor of the circuit formed by the inductance of the antenna 7 and capacitor 10, the transmission coefficient of the second harmonic due quadripole (contains nonlinear element) between circuits L _7, C ₁₀ and L _8, C _11, Q of the circuit L _8, C _11, formed by the inductance of the transmitting antenna 8 and the capacitor C _11, _8.5 M mutual inductance between the transmitting antenna 8 and the receiving antenna 5.

Значения взаимоиндуктивностей М_3.7, М_8.5 определяются конструктивными параметрами антенн 3, 7 и 8, 5 (размерами рамок, числом витков), расстоянием между этими парами антенн и значением угла (косинуса угла) между осями рамок (стержней) антенн 3, 7 и 8, 5 соответственно.The mutual inductances M _3.7 , M _{8.5 are} determined by the design parameters of the antennas 3, 7 and 8, 5 (frame sizes, number of turns), the distance between these antenna pairs and the angle (cosine of the angle) between the axes of the frames (rods) of the antennas 3, 7 and 8 , 5, respectively.

Значение амплитуды помехи (фона) на выходе приемной антенны 5 определяется значением амплитуды тока в передающей антенне 3 и значением коэффициента взаимной индуктивности М_3.5 между антеннами 3 и 5.The value of the amplitude of the interference (background) at the output of the receiving antenna 5 is determined by the value of the amplitude of the current in the transmitting antenna 3 and the value of the mutual inductance coefficient M _3.5 between antennas 3 and 5.

Коэффициент взаимоиндукции М_3.5 определяется конструктивными параметрами антенн 3 и 5, расстоянием между ними и углом между осями их рамок (стержней). При перпендикулярном взаимном расположении осей рамок антенн 3 и 5 коэффициент взаимоиндукции минимален. Исследования макетных образцов индуктивного датчика перемещения показали его работоспособность, при этом значение полезного сигнала увеличилось по сравнению с прототипом на 2-3 порядка, а значение уровня помехи уменьшилось на 2 порядка. Заявляемое изобретение позволяет упростить устройство обработки сигналов, повысить стабильность и надежность работы датчика.The mutual induction coefficient M _3.5 is determined by the design parameters of antennas 3 and 5, the distance between them and the angle between the axes of their frames (rods). With a perpendicular mutual arrangement of the axes of the antenna frames 3 and 5, the mutual induction coefficient is minimal. Studies of prototype inductive displacement sensors showed its operability, while the value of the useful signal increased by 2-3 orders of magnitude compared with the prototype, and the value of the noise level decreased by 2 orders of magnitude. The claimed invention allows to simplify the signal processing device, to increase the stability and reliability of the sensor.

Claims

An inductive sensor, consisting of two parts that can be moved relative to each other, while the first part of the sensor contains a frame transmitting and receiving antenna connected to an AC source and a signal processing unit, respectively, the second part of the inductive sensor contains a frame receiving antenna connected to non-linear element, characterized in that in the second part of the sensor two capacitors are additionally introduced and a frame transmitting antenna consisting of one or more electrically interconnected frames, while the non-linear element is made in the form of a one- or two-half-wave rectifier, the inputs and outputs of which are connected to the frame receiving and transmitting antennas, respectively, the first capacitor is connected to the frame receiving antenna and forms a resonant circuit, the resonant frequency of which is equal to the frequency of the variable source current, and the second capacitor is connected to the frame transmitting antenna and forms a resonant circuit, the resonant frequency of which is twice the frequency of the AC source current, while the axis of the turns of the frames of the transmitting antenna of one part is parallel to the axis of the turns of the frames of the receiving antenna of the other part of the sensor, and the axis of the turns of the frames of the receiving and transmitting antennas in each part of the inductive sensor are located in mutually perpendicular planes.