Емкостный преобразователь угловых перемещений — SU 1732143 (original) (raw)
(51)5 11) 1 О ц И ОБРЕТЕНИЯ ОПИ ЬСТ ТОРСКОМ(71) Ленинградский институт авиационнприборостроения(54) ЕМКОСТ ЛОВЪХ ПЕР (57) Изобрет ной технике ности емкост перемещени торы перем двумя группа ных электрод ЗОВАТЕЛЬ У НЫИ ПРЕОБ ЕМЕЩЕНИИ ение относи и имеет цель ного преобр й, который с енной емкос ми четных и ов 7 и 8 нас измерительвышение точтеля угловых ит конденсабразованные ных радиалье 3 и радиальтся к юпо азова и, о ечет атор 3 Од ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР о 1732143 А,12а, .;ъ;ф ных электродов 11 и 12 на роторе 4. Эти электроды расположены с равномерным шагом и в каждой группе соединены между собой параллельно.,Четные электроды 11 ротора 4 соединены с кольцевой обкладкой 9 первого конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 5 которого расположена на статоре 3. Нечетные электроды 12 ротора 4 присоединены к обкладкам 10 второго конденсатора связи, неподвижная кольцевая обкладка 6 которого также расположена на статоре и присоединена как и обкладка 5 к зажимам делителя 2 напряжения, подключенного к противофазным зажимам высокочастотного питающего генератора 1, Амплитудные детекторы 13 и 3 14, подключенные к группам электродов 7 и 8 статора, присоединены к входам суммирующего усилителя, на выходе которого получают амплитудно-модулированный сигнал, являющийся функцией поворота ротора, 2 Б ил,25 ЗО 50 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для преобразования угла поворота и скорости вращения в синусоидальный сигнал, может быть использовано при измерении угловых перемещений и скорости вращения,Известен кодирующий преобразователь перемещения, содержащий трансформатор напряжения, емкостный преобразователь, подстроечные конденсаторы, фазочувствительные детекторы, элементы НЕ и И, емкостный преобразователь соединен по мостовой схеме с трансформатором напряжения, который выполнен с дополнительной вторичной обмоткой, основная Вторичная обмотка выполнена с отводами, каждый из которых через соответствующий подстроечный конденсатор соединен со средней пластиной емкостного преобразователя, крайние пластины которого соединены с началом и концом основной вторичной обмотки трансформатора напряжения, сигнальный вход каждого фаэпчувствительного детектора подключен и; раллельно соответствующему подстроечному конденсатору, входы фазочувствительных детекторов соединены с первыми входами соответствующих элементов И и через соответствующий элемент НЕ - с вторьгм входом предыдущего элемента И, опорные входы фазочувствительных детекторов Объединены и подключены к дополнительной обмотке трансформатора напояжения.Недостатками кодирующего преобразователя угловых перемещений является низкая точность и сложность схемной реализации, Это объясняется тем, что в данном преобразователе фиксированные значения перемещения связаны пороговой зависимостью с выходным напряжением. Для увеличения точности измерения требуется увеличивать число поро.Ов, что требует значительного усложнения схемы,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий установленные соосно с Зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них кольцевые электроды одинакового диаметра, образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, четные и нечетные из которых на статоре соединены параллельно в соответствующие группы, и высокочастотный генератор питания,Недостатком известного преобразователя является низкая точность его работы,Это объясняется малой разрешающей способностью преобразователя и низкой чувствительностью радиальных электродов к угловым перемещениям,Малая Разрешающая способность преобразователя связана с тем, что его выходным сигналом является последовательность импульсов, НахИчие импульсов (или промежутков между импульсами) разной длитель" ности свидетельствует о том, что произошло угловое перемещение ротора Относительно статора на величину, равную уЛовому шагу между радиальными электродами статора, Угловое же перемещение, не превышающее по величине угловоо шагане будет эафик- , ировано, таким образом разреающая способность преобразователя будет Ограничена величиной, равной упОвому шагу между радиальнь:ми электродами статооа преобразователя,Низкая чувстви-ельность рад. альных электродов к угловым перемещениям Обуслсвлена там, что радиальные электроды ротора индуцируащие электродысоздающие электрическое поле имеют заряд ОдноГо знака и Величины Элг:.ктоическое поле создаваемое Одноименно заряженными электродами, становится бИэким к однородному пои удалении От электоодов на расстояние, соизмеримое с зазором между элек 1 родами, При внесении В это злектрическо-; поле радиальных электродов стаОоа ,Приемные электэодь на их будет индуци" Оовг, ься эгектричаскЙ заряд, сос.ветствуОщий напояженности поля В месгах их эс-,Вложения, Раэнои ь ежду минималь ыми и максимальньми эачениям 4 напрякаянпс Ги такОГО ЛОПЕ невелика и у"мбньшается Г увеличением расстояния между дмцилуюцвлми и прлемными электравами, ГОэтоьгу изменение сигнала, сни маемогО с рядиальных электродов статора С:лг-сза 9 ВЫХОДЕ МОСТОВОЙ СХЕМЫ, СООТВ,"с 1;я;. Оьинимума ДГ максимума приперемещении ро Ора относительно статорабудет также незначительно. ЦельО изобретения является повышение точности,Указанная цель достигается там, что емостный преобоаэователь уГЛОвьх переме;цений, содержащий питающий Высокочастотный генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на,них соответствующие кольцевые электроды одинакового диг метра, Образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные и нечетные радиальные электроды на статоре соедине50 55 ны параллельно и объединены в две группы, снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевыхэлектродов, диаметр которых отличен от диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, двумя амплитудными детекторами и суммирующим усилителем, подключенным к выходу обоих амплитудных детекторов, радиальные элео роды на роторе размещены с тем же шагом, что и радиальные электроды на статоре, и объединены параллельно В две Группы аналОГично группам радиальных электродов на статоре, последние подключечы к входам соответствующего ампгитудчого детектора, а Группы четных и нечетных электродов на роторе присоединены к делителю напояжения через соответствующий конденсатор связи,Предлагаемый преобразователь позволяет значительно повысить точность г 1 реобразования углового перемещения ротора Относительно статора в электрический сигнал за счет уменьшения разрешающей способности емкостного преобразователя. Кроме ТОГО, выходной сигнал преобразователя несет информацию об угловой скорости вращения ротора Относительно статора,На фиГ 1 поедставлена струк Гуоная схема ПОедлагаемого емкостнОГО преобоазова- .зл я угловых и е р р м е ще н и й н а ф и г конструктивное исполнение статора и ротора преобразователя,Преобоазователь содеожит высокочастотный генератор 1, к противофазным выходам которого подкЛючен делитель 2 напряжения с заземленной средней точкой, стэтор 3 и ротор 4, выполненные в виде диска, расположенные ча статоре 3 кольцевые обкладки 5 и б первого и второо конденсаторов связи соответственно, четные 7 и нечетные 8 радиальнье электроды статора 3, чередующиеся между ссбой, расположенные с равномерным шагом и соединенные внутри групп параллельчо, расположенные на роторе 4 кольцевые обкладки Я и 10 первого и второго конденсаторов связи соответственна, четные 11 и нечетные 12 радиальнье электроды ротора 4, которые так же чередуются между собой, причем они расположены с равномерным шагом и соединены внутри групп параллельно, Четные радиальные электроды 11 ротора 4 связаны с кольцевой обкладкой пеового конденсатора связи, а нечетные электроды 12 связаны: обкладкой 10 второго конденсатора свзи. Преобразователь также содеожит амплитудные детекторы 13 и 14, с входами которых соединены соответственно нечетные 8 и четные 7 радиальные электроды статора 3, и суммирующий усилитель 15, выход которого является выходом и реобразователя, а входы соединены с выходами амплитудных детекторов 13 и 14,Блоки, используемые в данном преобразователе, могут быть изготовлены по известным схемам на основе стандартных элементов. Диски статора и ротора выполняются из фольгированного текстолита или из ситалла, а радиальные электроды и конденсаторы связи на них - методами пленочной технологии.Преобразователь работает следующим образом.Пои угловом перемешении диска ротора 4 относительна диска статора 3 между четными 11 и нечетными 12 радиальными электродами ротора 4 и четными 7 и нечетными 8 радиальными электродами статора 3 попеременно возникает емкостная связь размеры радиальных электродов и расстояние между ними является соизмеримыми в направлении перемещения), Когда радиальные электроды статора 3 одновременно все находятся напротив радиальных электродов ротора 4. связь между ними максимальна и сигналы на выходах амплитудных детекторов 13 и 14 имеют . максимальную величину. При сдвиге ротора 4 Относительно статора 3 на половину шага сигналы на входы усилителя 15 не поступают. При сдвиге в туже сторону еще на половину шага амплитуда сигналов на выходах амплитудных детектаров 13 и 14 будет максимальна.Таким образом, при угловом перемещении ротора 4 относительно статора 3 на входах амплитудных детекторов 13 и 14 возникают амплитудно-модулированные по синусоидальному закону колебания с несущей частотой высокочастотного генератора 1, огибающая которых выделяется амплитудными детекторами 13 и 14. Период колебаний определяется угловым шагом радиальных электродов и угловой скоростью перемещения ротора 4 относительно статора 3. Разрешающая способность в таком случае не будет ограничена угловым шагом.Необходимо отметить, .что чувствительность электродов к перемещению повышена благодаоя тому, что каждая из групп 11 и 12 радиальных электродов ротора 4 в любой момен времени имеет равные по величине и противоположные по знаку заряды. Созданное электрическое поле будет неоднородным, Сравнительный анализ показал,что разность между минимальньм и максимальным значениями напряженности нео1732143 Ьг.2Составитель А,ТаранчукТехред М.Моргентал Корректор Т.Ваш М.Янкови аз 1573 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 днородного электрического поля будет значительно больше, чем аналогичная разность для поля, близкого к однородному, и существенно в меньшей степени будет убывать с удалением от индицирующих электродов, Поэтому разность между минимальными и максимальными амплитудами сигналов, снимаемых с радиальных электродов 7 и 8 статора 3, а значит, и сигналов на выходах амплитудных детекторов 13 и 14 будет значительно выше, чем в прототипе. Следовательно, будет повышена чувствительность радиальных электродов к угловым перемещениям чувствительности углового преобразователя в целом, которая увеличивается дополнительно за счет суммирования сигналов с выходов амплитудных детекторов 13 и 14 в суммирующем усилителе 15.Формула изобретения Емкостный преобразователь угловых перемещений, содержащий питающий высокочастотный генератор, установленные соосно с зазором дисковые статор и ротор, размещенные на них соответствующие кольцевые электроды одинакового диаметра, образующие конденсатор связи с постоянной емкостью, и радиальные электроды, образующие конденсаторы переменной емкости, причем четные и нечетные радиальные электроды на статоре соединены 5 параллельно и объединены в две группы,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен вторым конденсатором связи, выполненным в виде пары кольцевых электродовдиаметр кото рых отличен от.диаметра электродов первого конденсатора, делителем напряжения с заземленной средней точкой, подключенным к высокочастотному генератору, двумя амплитудными детекторами и суммирую щим усилителем, подключенным к выходуобоих амплитудных детекторов, радиальные электроды на роторе размещены с тем же шагом, что и радиальные алекроды на статоре, и объединены параллельно в две 20 группы, аналогично группам радиальныхэлектродов. на статоре, последние подключены к входам соответствующего амплитудного детектора, а гоуппы четных и нечетных электродов на роторе присоединены к дели телю напряжения через соответствующийконденсатор связи.