SU438991A1 - Датчик угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к устройствам ввода программ в системах программного управлени .

Известные датчики угла поворота ведущего вала по отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, в которых осуществл етс  фотоэлектрическа  св зь между валами , содержат элемент внешнего воздействи  и неподвижно закрепленные фотоприемники лучистой энергии. Эти датчики не обеспечивают точного измерени  угла поворота веду-щего вала и надежной работы устройства дл  дискретной передачи вращательного движени .

В предложенном датчике указанные недостатки устранены благодар  тому, что элемент внещиего воздействи  выполнен в виде одного или нескольких усточников лучистой энергии, например источника р-излученн  или подсвечиваемого жгута световодов и жестко закреплен на ведущем валу эксцентрично относительно оси его вращени . Фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействи , например, на боковых поверхност х тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

На фиг, 1 показан датчик с шестью детекторами излучени , трем  усилител ми и трехфазным шаговым двигателем; на фиг. 2 - фатчик с источником р-излучени  и двум  шаговыми двигател ми; а - выходные валы расположены параллельно; б - выходные валы расположены произвольно; на фпг. 3 - расположение детекторов в пространстве: а - в параллельных плоскост х; б - па боковых поверхност х тороида с сечением в виде п тиугольника; на фиг. 4- - расположение источников р-излучени  в параллельных плоскост х; на фиг. 5 - расположение источников р-излученн  в одной плоскости; иа фиг, 6 - размещение световода и закрепление его на ведущем валу: а - при П-образном изгибе

световода; б--при Г-образном изгибе световода; на фиг, 7 - датчик со световодом, трем  приемниками, трем  усилител ми и трехфазным шаговым двигателем; на фиг, 8 - датчик со световодом и двум  шаговыми двигател ми; на фиг, 9 - расположение «расщепленного конца световода в пространстве при расположении фотодатчиков: а - но концентрическим окружност м; б - на боковых поверхност х тороида с сечением в виде п тиугольника; в - на боковых поверхност х двух тороидов с сечени ми в виде треугольников; на фиг, 10 - датчик со световодом и приводом от многофазного шагового двигател : а - с одним «ламельным полем ; б - с несколькими «ламельнымн пол лп.

В датчике, показанном на фиг. , источник р-излучени  (например, на таллин , прометии или стронцш- ) расположен около оси ведущего вала ВВ или закреплен на зыступаю юп над птп: части. При вращении вала, перемеща сь по окружности, источник непрерывно испускает поток р-лучей (электронов). В плоскости, нараллельпой плоскости перемещени  источника излучени , но окружности, радиус которой равен рассто нию источника от оси вала, расположены минимум трн детектора радиоактивного излучени  (например, фотосопротислени ) трех радиоактивных реле РР-3Pf. К выходу каждого реле подключена обмотка трехфазного шагового двигател . Когда источник находитс  против детектора, включенна  на выходе соответствующего радиоактивного реле обмотка шагового двигател  оказываетс  иод током.

Каждый импульс тока, по вл ющийс  на выходе схемы при пересечении рабочего объема чувствительного элемента - детектора пучком радиоактивного излучени  (или в интервалах между пересечени ми), вызывает через усилительное звено УЗ иередачи перемен1ение ротора щагового двигател  иа один зубцовый шаг. Последовательность таких импульсов приводит в «шаговое вращение ротор двигател , т. е. ведомый (выходной) вал передачи. При этом осуществл етс  трехтактное переключение обмоток двигател  в пор дке I-П-П1 - дл  одного направлени  вращени  ведущего вала, в пор дке I-III- II - дл  обратного вращени .

Таким образом, пор док переключени  обмоток , а следовательно и направление вращени  шагового двигател  (ведомого вала) определ етс  непосредственно направлением вращени  ведущего вала без использовани  специальных схем выбора направлени . Распределение и.мпульсов по обмоткам двигател  осуществл етс  также самим входпым валом без применени  распределителей. При этом вращательное движение ведомол1у валу может быть передано под произвольным углом но отнощеиию к ведущему валу (фиг. 2, б).

Дл  повышени  гибкости передачи, т. е. изменени  точности и передаточного числа, дл  вращени  каждого трехфазного щагового двигател  используютс  три радиоактивных реле и 3ft детекторов излучени  (где , 2, 3 ... число, ноказывающее, во сколько раз число детекторов больше количества радиоактивных реле), причем детекторы каждого радиоактивного реле включаютс  параллельно и располагаютс  в нор дке очередности радиоактивных реле (переключени  обмоток двигател ). Так, если использовать шесть детекторов (фиг. 1), соединенных в три параллельные группы но два детектора в каждой, и расположить детекторы по окружности в пор дке очередности радиоактивных реле (1РР- 2РР-ЗРР), т. е. чтобы второй детектор Д1

первого реле был включен после первого детектора Дз третьего реле, второй детектор Д второго реле - после второго детектора Дг первого реле и т. д., то при использовании тех же элементов (и того же двигател ) нринципиально можно увеличить в два раза число шагов ведомого вала. Это означает изменение передаточного числа i нередачи, под которым нонимаетс  число нолных «оборотов шагового двигател  «2. нриход щеес  на один оборот входного вала ni, т. е. i --.

«2

В общем случае передаточное число может мен тьс  изменением шага шагового двигател  и числа детекторов (что вызывает изменение числа тактов нереключени ) с изменением диаметра окружности, на которой они расположены .

Использование в такой передаче шагового двигател  с малым шагом и с большим их числом повышает точность иередачи движени , под которой понимаетс  число шагов Ш шагового двигател , приход щеес  на один оборот входного вала «ь т. е. 6i -, или число

«1

тактов Т переключени  шагового двигател , приход шеес  на один оборот входного вала

7 Л, т. е. . В частном случае Ш может

«1

быть равно Т, т. е. иметь место равенство 61 62.

Дл  электрически независимой нередачи движени  на b выходных валов, расположенных иод произвольным углом к входному валу и между собой (т. е. дл  подключени  шаговых двигателей, цени унравлени  которых между собой электрически изолированы), используютс  36 радиоактивных реле с числом

детекторов излучени  Д , где п--, 2,3,...

В случае иснользовани  двух двигателей и трех детекторов дл  каждого из них (фиг. 2, а) иоследовательные перемещени  источника вызывают трехтактное переключение обмоток каждого из двигателей. Детекторы обоих радиоактивных реле могут быть расположены при этом в одной плоскости (на одной плате) по окружности со сдвигом в пространстве по

ее дуге, а двигатели (фиг. 2, б) - произвольно в пространстве (по отношению к ведущему валу и друг другу).

Описываемый датчик позвол ет осуществить , например, шеститактное переключение

одного двигател  и трехтактное - другого, соответственно двенадцатикратное одного и дев тикратное переключение другого двигател  и т. д., а также подобные переключени  с трем  и более шаговыми двигател ми с любыми

требуемыми соотношени ми тактов, кратными трем (при иснользовании трехфазных шаговых двигателей).

Датчик позвол ет увеличить также число шаговых двигателей путем различного расположени  детекторов излучени .

В простейшем варианте детекторы расположены в параллельных плоскост х так, чтобы источник излучени  помещалс  между этими плоскост ми (фиг. 3,а). Детекторы каждой плоскости имеют на выходе свой шаговый двигатель.

В обшем случае детекторы можно располагать иа поверхпост х тороида с произвольным сечением (например, в виде п тиугольника) так, чтобы источник р-излучепи  перемещалс  впутри этого тороида (фиг. 3, б). Детекторы радиоактивных реле, переключающих обмотки «своего шагового двигател  (ШД, ШЦч, ШДз), рациональнее располагать на боковой поверхности усеченного конуса (цилиндра ), соответствующего определенной стороне многоугольника в сечении тороида.

При необходимости число ведомых валов может быть увеличено в k раз, если использовать располагаемые на ведущем валу или его выступах k (например, два - HI и Яз) источников р-излучени  и перемещать их в разных плоскост х, соответственно которым располагать детекторы излучени  (фиг. 4).

Число ведомых валов передачии может быть увеличено в k раз при использовании источников р-излучени  (на фиг. Б И т ), которые перемещаютс  в одной плоскости (или параллельных плоскост х) па разных рассто ни х от оси входного вала, а детекторы любой группы из трех радиоактивных реле (соответствующие одному выходу) располагаютс  по определенной концентрической окружности по отношению к детекторам других групп реле (других выходов).

В тех случа х, когда необ зательно электрически изолировать выходы, можно к одному выходу подключать два или более шаговых двигателей, т. е. при произвольпом числе Зп детекторов излучени  и трех радиоактивных реле по-прежпему использовать b выходных валов. При необходимости может быть вз т не источник радиоактивного излучени , а, например, посто нный магнит, который при перемешении импульсов измен ет индуктивное сопротивление индуктивных датчиков (используемых вместо детекторов излучени ), воздействующих на преобразователи - усилители с такими же шаговыми двигател ми на выходе.

Перспективны и варианты датчика с использованием в качестве элемента внешнего воздействи  светопровод щих волокон (световода), имеющие более высокое быстродействие . В этой конструкции в плоскости торцового сечени  ведущего вала ВВ жестко укрепл етс  гибкий жгут С светопровод щих волокон (например, стекл нных). Один конец жгута размещаетс  вдоль оси вращени  вала ВВ, причем положение его торца по отнощению к неподвижному источнику света ИС не измен етс  при вращении ВВ. Другой изогнутый конец ВК, жгута располагаетс  параллельно оси ведущего вала на определенном от нее рассто нии таким образом, что падающим

от ИС светом освещаютс  фотодатчики Ф, расположенные на равных рассто ни х друг от друга по окружности, в плоскости, параллельной плоскости движени  конца ВК жгута (фпг. 5, а и б, фкг. 0, а.

Фотодатчики преобразуют непрерывное излучение источника света в последовательпость электрических импульсов, усиливаемых параллельпымп блоками усилени , па выходе

каждого из которых подключепа обмотка многофазного шагового двигател .

Когда конец В1 световода находитс  против фотодатчика, сопротивление последнего резко измен етс , скачком мен етс  величина

тока, что приводит к подаче сигнала па вход усилител , протеканию тока по соответствующей обмотке шагового двигател  и перемещению ротора шагового двигател  на один шаг. В датчике со световодом могут быть использованы два щаговых двигател , шесть усилителей {два усилительных звена передачи У3 и УЗч) с двенадцатью фотодатчикамп (фпг. 8) и т. д. Увеличение числа щаговых двигателей достигаетс  расположепнем фотодат1:иков по

окружност м равного диаметра (фиг. iO,6) или концентрическим окруж;ност м (кольцевым поверхност м) так, чтобы «расшеплепный конец ВК световода помещалс  лежду этими окружност ми, с углом тежду «р сптепленными част ми 180° (фиг. 9, а). На выходе каждого фотодатчика имеетс  шаговый двигатель.

В общем случае фотодатчики могут быгь расположены на поверхност х тороида с сечением в виде произвольного многоугольпика (на фиг. 9,6 - п тиугольника) так, чтобы . этими поверхност ми помещалс  «pacn;enленный конец жгута светопровод щпх ролокон (световода), торцовые плоскости котортлх

ориентированы параллельно чувствительной поверхпости фотодатчиков.

Число выходов конструктивпо удобпп увеличиваетс  при использовании жгута пз волокон разной длины, так как с помощ-то изогнутого копца каждого волокпа прп врзшепни жгута (световода) освещаютс  фотодатч1 ки одной группы элементов, соотзетствующсй определенному выходу.

Наибольщее число выходов получают, если фотодатчики располагаютс  на поверхност х двух (или более) тороидов, с сечением в виде произвольного многоугольника, так чтобы в каждом тороиде между этими поверхпост ми

помешалась часть «расщепленного конца В1{ жгута стекл нных волокон разной длины, торцовые плоскости которых ориентированы параллельно чувствительной поверхности фотодатчиков (фиг. 9, в). Последние снабжены

оптическими объективами (линзами), обеспечивающими максимальную освещенность на минимальных участках чувствительной поверхности фотодатчиков дл  надежной их реакции на свет, падающий на них от световода С.

Объективы могут быть расположены на торцах изогнутых частей волокон световода (у конца ВК, а не на фотодатчиках.

Предмет изобретени 

Датмик угла поворота ведущего вала но отношению к ведомому, например, в синхронных передачах, основанный на использовании фотоэлектрической св зи между валами, содержащий элемент внешнего воздействи  и неподвижно закрепленные фотонриемники лучистой энергии, отличающийс  тем, что, с

целью новышени  точности и надежности, элемент внешнего воздействи  выполнен в виде одного или нескольких источников лучистой энергии, например, источника З-излучени  или подсвечиваемого жгута световодов, жестко закреплен на ведущем валу, эксцентрично относительно оси его вращени , а фотоприемники лучистой энергии расположены вокруг элемента внешнего воздействи , например , на боковых поверхност х тороидов, в соответствии с числом и последовательностью формируемых выходных сигналов.

%1

-1 рр 2РР

ЗРР

Фиг 2

I I

1 .П

- ;КБ- О ад ,

ЩД,

Фиг-3

ii/й

т

Фиг7

,

KWflj

хищ.

I Л Фиг 10 ТС