SU1105819A1

SU1105819A1 - Electric-machine pickup of angular accelerations

Info

Publication number: SU1105819A1
Application number: SU823523416A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Копейкин
Original assignee: Владимирский политехнический институт
Priority date: 1982-12-22
Filing date: 1982-12-22
Publication date: 1984-07-30

Abstract

ЭЛЕКТРОМА ииННЫЙ ДАТЧИК УГЛОВЬК УСКОРЕНИЙ, содержащий статоо с обмоткой возбуждени , оасположенной на ппопольной оси датчика. и сигнальной обмоткой, а также ротор с двум взаимно перпендикул рными обмотками, замкнутыми на активные сопротивлени , о т л и ч а ющ и и с тем, что, с целью повышени ТОЧНОСТИ и расширени диапазона угловых скоростей, сопутствующих ускорени м, сигнальна -обмотка статора смещена относительно поперечной оси датчика на угол f опт описываемьй соотношением . 1 V- - UsVsi.i М лЛ где ()- ; максимальна углова ско§ рость вращени ротора; (Л L индуктивность роторной обМОТКИ: R суммарное активное сопротивление по контуру роторной обмотки. сл 00 соELECTROM AND INITIAL ACCELERATION SENSOR, containing stato with excitation winding located on the field axis of the sensor. and a signal winding, as well as a rotor with two mutually perpendicular windings, closed to active resistances, which also, in order to increase the ACCURACY and expand the range of angular velocities associated with accelerations, the signal winding the stator is offset relative to the transverse axis of the sensor at an angle f opt described by the ratio. 1 V- - UsVsi.i M lL where () -; maximum angular velocity of rotation of the rotor; (L L rotor inductance: R total resistance across the rotor circuit. CL 00 co

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, а именно к области измерени угловых ускорений вращающихс деталей машин и механизмов Известен датчик углЬвых ускорений , содержащий статор с двум обмотками , оси которых сдвинуты по от ношению друг к другу на 90 эл.град. одна из которых, расположенна по продольной оси датчика, вл етс обмоткой возбуждени , питаемой посто нным током, а с другой - сигналь ной, расположенной по поперечной оси датчика, - осуществл етс съем сигнала, завис щего от ускорени вращени ротора, которьй выполнен и немагнитного металла в виде полого цилиндра. Недостатки этого датчика - сниже ние чувствительности из-за повышенного активного сопротивлени ротора , что требует применени усилител на его выходе, отсутствие регу лировки чувствительности датчика в зависимости от диапазона скоростей и .наличие размагничивани пол рото ра с возрастанием скорости, что при водит к увеличению амплитудной погрешности . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс электромеханический датчик параметров вращени , содержащий статор и ротор с двум взаимно перпендикул р ными обмотками на каждом, причем обмотки ротора замкнуты на активные сопротивлени . Одна обмотка статора подключена к источнику посто нного .тока, а с другой, сигнальной, обмот ки снимаетс выходное напр жение СП, t2 и L3J. Однако в указанном устройстйе коэффициент пропорциональности меад измер емым угловым ускорением вала и выходным напр жением существенно зависит от величины угловой скорост вала, что приводит к большой погреш ности в измерении углового ускорени , осуществл емого в диапазоне уг ловых скоростей. Целью изобретени вл етс повьш ние точности измерени угловых уско рений и расширение диапазона угловы скоростей, сопутствующих ускорени м Указанна цель достигаетс тем, что в электромашинном датчике угловых ускорений, содержащем статор с обмоткой возбуждени , расположенной на продольной оси датчика, и сигнал 9 ной обмоткой, а также ротор с двум взаимно перпендикул рными обмотками, замкнутыми на активные сопротивлени , сигнальна обмотка статора смещена относительно поперечной оси датчика на угол описываемый соотношением (с..Ч..2 с(. arct -J т - П1 R максимальна углова скорость вращени ротора L - индуктивность роторной обмотки, - суммарное активное сопротивление по контуру роторной обмотки. На чертеже представлена электрическа схема электромашинного датчика угловых ускорений. Датчик содержит статор 1, на котором размещены сигнальна обмотка 2, расположенна под углом Ч к поперечной оси датчика, и обмотка возбуждени 3-, а также ротор 4 с двум взаимно перпендикул рными обмотками 5 и 6, замкнутыми на активные сопротивлени 7. Датчик работает следующим образом . Вал ротора Д датчика соедин етс с валом исследуемого объекта, обмотка возбуждени 3 запитываетс посто нным током. При вращении ротора с угловой скоростью Ю обмотки 5 и 6 ротора пересекают поток, создаваемый обмоткой возбуждени , в результате чего на этих обмотках индуцируетс ЭДС, вызывающа в цеп х обмоток ротора токи, завис щие от активнозг .о сопротивлени в контуре роторной обмотки и ее индуктивности. В свою очередь, токи в роторных обмотках создают поток, пронизывающий сигнальную обмотку 2 статора,причем поток этот при ускоренном вращении oTOpa оказъшаетс переменньм, в св зи с чем при ускоренном вращении ротора на измерительной обмотке навоитс ЭДС, пропорциональна измер емому ускорению. ЭДС Е выходной обмотки определ етс выражением , - посто нна датчика, В - коэффициент нелинейности.The invention relates to a measurement technique, namely, to the field of measuring the angular accelerations of rotating parts of machines and mechanisms. A corner acceleration sensor is known, comprising a stator with two windings, whose axes are shifted in relation to each other by 90 al. one of which, located along the longitudinal axis of the sensor, is an excitation winding powered by direct current, and on the other, a signal located along the transverse axis of the sensor, is a signal that depends on the acceleration of rotation of the rotor, which is non-magnetic metal in the form of a hollow cylinder. The disadvantages of this sensor are reduced sensitivity due to the increased active resistance of the rotor, which requires the use of an amplifier at its output, the lack of sensitivity adjustment of the sensor depending on the speed range and the presence of demagnetization of the rotor field with increasing speed, which increases the amplitude errors. The closest in technical essence to the present invention is an electromechanical sensor of rotation parameters, comprising a stator and a rotor with two mutually perpendicular windings on each, with the rotor windings closed to active resistances. One stator winding is connected to a constant current source, and on the other, a signal winding, the output voltage SP, t2 and L3J is removed. However, in this device, the proportionality factor between the measured angular acceleration of the shaft and the output voltage significantly depends on the angular velocity of the shaft, which leads to a large error in the measurement of angular acceleration carried out in the range of angular velocities. The aim of the invention is to increase the accuracy of measuring angular accelerations and expanding the range of angular velocities associated with accelerations. This goal is achieved by the fact that in an electric angular acceleration sensor containing a stator with an excitation winding located on the longitudinal axis of the sensor, and a signal 9 of the winding, as well as a rotor with two mutually perpendicular windings closed on active resistances, the stator signal winding is offset relative to the transverse axis of the sensor by the angle described by the relation (c..H..2 c. (. arct -J t - P1 R is the maximum angular velocity of rotation of the rotor L - inductance of the rotor winding, - total resistance across the rotor winding contour. The drawing shows the electrical diagram of the electromachine angular acceleration sensor. The sensor contains a stator 1 on which the signal winding 2, located at an angle H to the transverse axis of the sensor, and the excitation winding 3, as well as the rotor 4, with two mutually perpendicular windings 5 and 6, closed at the active resistances 7. The sensor operates as follows. The rotor shaft D of the sensor is connected to the shaft of the object under study, the excitation winding 3 is supplied with direct current. When the rotor rotates at an angular velocity Yu, the windings 5 and 6 of the rotor intersect the flow created by the excitation winding, as a result of which an emf is induced on these windings, causing currents in the rotor windings to depend on the resistance of the rotor winding and inductance . In turn, the currents in the rotor windings create a flow penetrating the signal winding 2 of the stator, and this flow is variable during the accelerated rotation of the otopa, therefore the EMF is proportional to the measured acceleration during the accelerated rotation of the rotor on the measuring winding. The EMF E of the output winding is determined by the expression, —constant of the sensor, B — coefficient of nonlinearity.

Е - измер емое угловое ускорение ,E is the measured angular acceleration,

Коэффициент нелинейности зависит от угла смещени сигнальной обмотки статора от поперечной оси датчика -V . угловой скорости вращени ротора -ujy индуктивности обмоток ротора -L, и суммарного активного спротивлени по контуру роторной обМотки R в соответствии с выражениемThe nonlinearity coefficient depends on the angle of displacement of the stator signal winding from the transverse axis of the sensor -V. the angular velocity of rotation of the rotor -ujy inductance of the rotor windings -L, and the total active resistance along the rotor winding circuit R according to the expression

.2.2

Б co5 otcos(/-2ot) ,B co5 otcos (/ - 2ot),

гдеWhere

aC oirct uj- .aC oirct uj-.

Анализ выражени дл коэффициента нелинейности показывает, что при отсутствии смещени сигнальной обмотки от измерительной оси коэффициент нелинейности монотонно снижаетс от максимального значени при нулевой угловой скорости к минимальному значению на верхней границе рабочего диапазона угловых скоростей при этом разница в значени х коэффициента нелинейности на границах диапазона угловых скоростей оказываетс значительной.Analysis of the expression for the nonlinearity coefficient shows that in the absence of a signal winding displacement from the measuring axis, the nonlinearity coefficient monotonously decreases from the maximum value at zero angular velocity to the minimum value at the upper limit of the working angular velocity range, while the difference in the nonlinearity coefficient values at the limits of the angular velocity range turns out to be significant.

Смещение сигнальной обмотки на угол Ч снижает коэффициент нелинейности на нижней границе диапазона угловых скоростей и увеличивает его на верхней границе, уменьша The offset of the signal winding by the angle снижает reduces the nonlinearity coefficient at the lower boundary of the angular velocity range and increases it at the upper boundary, reducing

таким образом .разницу между минимальным и максимальным значени ми этого коэффициента в рабочем диапазоне угловых скоростей.thus, the difference between the minimum and maximum values of this coefficient in the working range of angular velocities.

Оптимальное значение угла tf с точки зрени уменьшени нелинейности в диапазоне угловых скоростей определ етс равенством коэффициента нелинейности на границах диапазона. Дл случа , когда нижне границей рабочего диапазона вл етс нулева углова скорость, оптимальный угол смещени сигнальной обмотки Чорт соответствует выражениюThe optimal value of the angle tf in terms of reducing the nonlinearity in the range of angular velocities is determined by the equality of the nonlinearity coefficient at the boundaries of the range. For the case when the lower limit of the operating range is zero angular velocity, the optimal angle of displacement of the signal winding

o(rct j-5-7- -т;-,«o (rct j-5-7- -t; -, "

оптwholesale

co5V Sin2ct co5V Sin2ct

иand

гдеWhere

oL zrtrc-ti ujoL zrtrc-ti uj

m дm d

Таким образом, смещение сигнальной обмотки датчика угловых ускорений относительно поперечной оси датчика на оптимальный угол позвол ет уменьпмть нелинейность, повыша тем самым точность преобразовани , а при конкретном допустимом значении нелинейности - расширить рабочий диапазон угловых скоростей.Thus, the displacement of the signal winding of the angular acceleration sensor relative to the transverse axis of the sensor to the optimal angle allows the non-linearity to be reduced, thus increasing the conversion accuracy, and for a specific allowable non-linearity value - to expand the working range of angular velocities.

Claims

ELECTROMALINE ANGLE ANGLE ACCELERATION SENSOR containing a stator with an excitation winding located on the pole axis of the sensor.

and a signal winding, as well as a rotor with two mutually perpendicular windings closed to active resistances, characterized in that, in order to increase accuracy and expand the range of angular velocities associated with accelerations, the signal stator winding is offset relative to the transverse axis of the sensor>

described by the relation \ / AND ΛΛ / where ^ot M ^{= o, rct} % ' ^w, M'R i

- maximum angular velocity of rotation of the rotor;

L is the inductance of the rotor winding;

R is the total active resistance along the circuit of the rotor winding.

SU,.,. 1105819