SU859797A1

SU859797A1 - Датчик положени

Info

Publication number: SU859797A1
Application number: SU792850746A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Степанович Зубков
Original assignee: Московский автомеханический институт
Priority date: 1979-12-06
Filing date: 1979-12-06
Publication date: 1981-08-30

Description

(54) ДАТЧИК ПОЛОЖЕНИЯ

1

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и может быть использовано , в частности дл разделени положени входного элемента механически движущегос объекта и скорости его перемещени , например, в автоматических устройствах транспортных средств.

Известны датчики положени и скорости дл систем автоматики транспортных средств, содержащие магнитопровод с источником магнитодвижущей силы, преобразующий элемент (обмотку) и ферромагнитный подвижный элемент, св зываемый с объектом в процессе измерений 1.

В этих датчиках дл получени выходного сигнала используетс вление электромагнитной индукции, вследствие чего выходна ЭДС, наводима в измерительной обмотке датчика за счет модул ции потока , в сильной степени зависит от скорости перемещени ферромагнитного элемента, что ухудщает точность измерени положени и усложн ет блок обработки сигнала датчика.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс датчик положени объекта, содержащий магнитопровод

С источником магнитодвижущей силы, преобразующий элемент и ферромагнитный подвижный элемент, св зываемый с объектом в процессе измерений 2.

Независимость выходного сигнала этого датчика положени от скорости перемещени ферромагнитного элемента и получение пр мо пропорциональной зависимости между его входом и выходом обеспечиваютс за счет применени в качестве преобразующего элемента - элемента Холла.

Однако датчики на элементе Холла име10 ют низкую чувствительность и высокую стоимость , а на выходной сигнал его сильное вли ние оказывает температура.

Цель изобретени - повыщение чувствительности и точности датчика положе15 ни объекта, и кроме того, определение также скорости изменени положени объекта .

Дл достижени поставленной цели участок магнитопровода датчика, механически

Claims

20 св занный с преобразующим элементом, выполнен из магнитострикционного материала, а преобразующий элемент выполнен из пьезоэлектрического материала. Ферромагнитный подвижный элемент имеет ступенчатую форму. Часть магнитопровода за пределами магнитострикционного участка выполнена из материала со скачкообразно измен ющейс намагниченностью. На фиг. 1 изображен датчик положени с возбуждением от посто нных магнитов, разрез; на фиг. 2 - датчик положени с ферромагнитным подвижным элементом ступенчатой формы, обеспечивающим определение также и скорости изменени положени объекта; на фиг. 3 - выходные характеристики датчика: а) выходна характеристика датчика при определении положени объекта, т. е. измерении рассто ни до объекта; б) типична форма выходного напр жени датчика в диапазоне частот от 0,2 Гц до 10 кГц, при определении скорости изменени положени объекта. Датчик положени содержит два пьезоэлемента 1 цилиндрической формы, соединенных торцами через прокладку 2 механически последовательно, а электрически- параллельно. Другими торцами пьезоэлементы 1 упираютс в магнитострикционный участок 3, выполненный из материала с отрицательной магнитострикцией, например ИЗ никел , магнитопровода 4. В магнитопровод 4 датчика включен источник 5 магнитодвижущей силы, например посто нный магнит, намагниченный в радиальном направлении. Он может иметь, например, кольцевую форму (фиг. 1) или форму призмы (фиг. 2). Хот бы часть магнитопровода 4 за пределами магнитострикционного участка 3 может быть выполнена из материала со скачкообразной намагниченностью. Выходной сигнал датчика снимаетс с выводов 6, один из которых соединен с прокладкой 2,а другой с магнитострикционным участком 3.Ферромагнитный подвижный элемент 7, св зываемый с контролируемым объектом в процессе измерений, обеспечивает модул цию магнитного потока в магнитострикционным участке 3 магнитопровода. Элемент 7 может перемещатьс в горизонтальном и вертикальном направлении относительно датчика положени , а при определении им скорости изменени положени объекта он должен иметь ступенчатую форму с чередующимис выступами и впадинами (фиг. 2) Датчик положени работает следующим образом. При определении положени движущегос объекта (рассто ни до объекта), ферромагнитный элемент 7, св зываемый с объектом измерений, движетс относительно датчика в направлении оси Y или X. За счет изменени сопротивлени магнитной цепи измен етс величина магнитного потока в магнитострикционном участке 3 магнитопровода 4. Это приводит к тому, что геометрические размеры магнитострикционного участка 3 измен ютс . Таким образом. при сжатии механически св занных с этим участком пьозоэлементов 1 на их обкладках (торцах) наводитс электрический зар д , обнаруживаемый как разность потенциалов на выводах 6 датчика. Величина этого зар да пр мо пропорциональна перемещению элемента 7. По величине этого зар да и суд т о положении контролируемого объекта относительно датчика. После уменьщени магнитного потока в участке 3 (при удалении ферромагнитного элемента 7) величина сигнала на выходе датчика снижаетс практически до нул . Выходна характеристика датчика (фиг. За) линейна . При измерении скорости изменени положени объекта или частоты вращени вращающегос объекта ферромагнитный подвижный элемент 7 должен иметь ступенчатую форму и может быть выполнен, например в виде рейки или зубчатого колеса. По количеству импульсов на выходе датчика в единицу времени суд т о скорости изменени положени объекта. В предложенном варианте (фиг. 2) исполнени датчика положени магнитное поле в магнитострикционном участке 3 обеспечено знакопеременным. Это св зано с тем. что из-за потоков рассе ни и остаточной намагниченности магнитопровода 4 датчика , поле на его участке 3 не может уменьщитьс до нул при однопол рном его намагничивании . Это приводит к уменьщению амплитуды переменной составл ющей потока и, как следствие, к снижению уровн выходного напр жени датчика. Поскольку магнитострикционный эффект вл етс четным эффектом, т. е. пол рность выходного сигнала датчика на выходах 6 не мен етс , то обеспечив знакопеременное поле на участке 3, можно, с одной стороны, увеличить уровень выходного сигнала (т. е. чувствительность ) , а с другой - увеличить частоту выходного сигнала (т. е. точность измерений ). Выходной сигнал датчика в этом случае импульсный (фиг. 36), амплитуда импульсов несет информацию о рассто нии до подвижного элемента 7 (величине зазора между ними), а частота - о скорости перемещени подвижного элемента. В р де случаев в качестве источника магнитодвижущей силы могут быть использованы не посто нные магниты, а обмотка с током, котора в этом случае наматываетс , например, на магнитострикционный участок 3 магнитопровода датчика. С целью повышени точности измерени скорости и расположени объекта в пространстве магнитопровод 4 датчика может быть выполнен хот бы частично из материала со скачкообразно измен ющейс намагниченностью . Таким материалом может быть ферромагнетик с пр моугольной петлей гистерезиса элемент Виганда (материал с пороговой магнитной характеристикой) или магнитострикционный материал, обработанный по технологии Виганди дл придани ему релейной магнитной характеристики . Благодар этому фронты импульсных выходных сигналов датчика получаютс более крутыми. Рассмотренные варианты исполнени датчика положени имеют простую конструкцию, автономны от источников электропитани (в случае возбуждени их от посто нных магнитов), обладают высокой чувствительностью и точностью измерений и имеют амплитуду и форму выходного сигнала , не завис щую от скорости относительного перемещени датчика и объекта, так как они определ ютс лищь их взаимным расположением или рассто нием между ними . Как показали экспериментальные исследовани , датчик с магнитострикционным стержнем из никел и пьезоэлектрическим элементом из пьезокерамики марки ЦТС-23, длиной 15 мм и диаметром 7 мм имеет на выходе сигнал с амплитудой 50-100 В (в зависимости от исполнени датчика) в диапазоне частот от 0,2 Гц до 10 кГц. Формула изобретени 1. Датчик положени объекта, содержащий магнитопровод с источником магнитодвижущей силы, преобразующий элемент и ферромагнитный подвижный элемент, св зываемый с объектом в процессе измерений отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности и точности датчика, участок магнитопровода, механически св занный с преобразующим элементом, выполнен из магнитострикционного материала, а преобразующий элемент выполнен из пьезоэлектрического материала.
2.Датчик по п. 1, отличающийс тем, что, с целью определени также и скорости изменени положени объекта, ферромагнитный подвижный элемент имеет ступенчатую форму.
3.Датчик по п. 2, отличающийс тем. что, с целью повыщени точности, хот бы часть магнитопровода за пределами магнитострикционного участка выполнена из материала со скачкообразно измен ющейс намагниченностью. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Глезер Г. Н. и Опарин И.М. Автомобильные электронные системы зажигани . М., «Мащиностроение, 1976, с. 44-45. 2.Патент ФРГ № 2647818, кл. Н 02 К 39/00, 1978 (прототип).

В

%

W/,

i I

fO 50 40 30 20 W

(Риг. 2

,yw