Перетворювач лінійного переміщення

1. Преобразователь линейного перемещения, содержащий электронный блок со схемами измерения, управления и регистром, в которых один выход схемы управления соединен с одним из входов схемы измерения, а выход схемы измерения соединен со входом регистра, и первичный датчик, состоящий из выполненных из магнитопроводящего материала цилиндрической линейки и охватывающей ее соосно подвижной сигнальной головки в виде втулки, на сопрягаемых цилиндрических поверхностях линейки и головки создано по одной паре диаметрально расположенных пазов, из которых, по крайней мере одна пара - винтовые пазы, в пазах линейки и головки уложены по одной обмотке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, по крайней мере, на одной из цилиндрических поверхностей линейки или головки образовано не менее одной пары дополнительных пазов, выполненных симметрично относительно основных пазов, и в этих дополнительных пазах размещена одна или больше дополнитель ных обмоток, а электронный блок содержит логический коммутатор, на входы которого подключены второй выход схемы управления и выводы основной и дополнительной обмоток, а его выход соединен со вторым входом схемы измерения. 2. Преобразователь п о п . 1 , о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пазы на внутренней поверхности сигнальной головки выполнены винтовыми, имеющими одинаковое направление нарезки с винтовыми пазами на штоке, а число винтовых пазов на головке отличается не более чем на 1/2 числа витков винтовых пазов на участке штока, равном осевой длине сигнальной головки. 3. Преобразователь по гт.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что пазы на внутренней цилиндрической поверхности сигнальной головки выполнены параллельно образующим цилиндрической поверхности или со скосом в пределах одного пазового деления, при этом осевая длина сигнальной головки равняется или меньше половины хода винтового паза на поверхности цилиндрической линейки. 4. Преобразователь по пп. 2'и 3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что соосно с цилиндрической линейкой размещено несколько идентичных сигнальных головок, обмотки головок соединены последовательно согласно, головки между собой соединены механически с параллельным ориентированием в пространстве осей обмоток, при этом осевое расстояние между серединами соседних головок равняется или кратно ходу винтового паза цилиндрической линейки, или отличается от этого расстояния на величину не более, чем — величины хода, или сигнальные головки соединены между собой механи ю о О 27044 чески с относительным разворотом вокруг продольной оси на угол в пределах ±180°, при этом осевое расстояние между серединами соседних головок изменено на величину: ра ЛІ = 180* 4 L red - ctg VQ - ctg T r • где р - линейная величина, равная половине хода винтовых пазов на цилиндрической линейке; а - в градусах угол разворота вокруг продольной оси одной головки относительно другой. 5. Преобразователь по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что на цилиндрической линейке выполнены дополнительно двухзаходные пазы грубого отсчета, пересекающиеся с лазами точного отсчета и имеющие величину хода винтовой линии, равную или несколько превышающую величину рабочего перемещения сигнальной головки, в пазах грубого отсчета расположена обмотка грубого отсчета, соосно с цилиндрической линейкой установлена дополнительно сигнальная головка грубого отсчета, осевая длина которой равна или кратна ходу винтовых пазов точного отсчета, пазы в сигнальной головке грубого отсчета расположены параллельно образующим цилиндрической поверхности, число этих пазов равно 2 т , где т - целое число, в пазах сигнальной головки грубого отсчета расположена одна или несколько обмоток, осевая длина L сигнальной головки точного отсчета определяется по формуле: где d - внутренний диаметр отверстия сигнальной головки точного отсчета, Ч*о - угол подъема винтовых пазов в сигнальной головке точного отсчета; *Fr - угол подъема винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрической линейке, при этом в электронном блоке логический коммутатор дополнительно содержит входы, на которые подключены выходные обмотки грубого отсчета, и электронный блок содержит схему согласования грубого и точного отсчетов, вход которой соединен с выходом схемы измерения, а ее выход соединен со входом регистра. 6. Преобразователь по пп.2 и 3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что он дополнительно содержит образующие грубый отсчет цилиндрическую линейку и сигнальную головку грубого отсчета, цилиндрическая линейка грубого отсчета располагается в пространстве параллельно линейке точного отсчета, ход ее винтовых пазов равен или несколько превышает величину рабочего перемещения сигнальных головок, сигнальная головка грубого отсчета соединена механически с сигнальной головкой точного отсчета, при этом в электронном блоке логический коммутатор дополнительно содержит входы, на которые подключены выходные обмотки грубого отсчета, и электронный блок содержит схему согласования грубого и точного отсчетов, вход которой соединен с выходом схемы измерений, а выход соединен со входом регистра. Изобретение относится к устройствам автоматического контроля и регулирования и может быть применено в станкостроении, робототехнике и в других отраслях. 5 Известны преобразователи линейных перемещений, состоящие из электронного блока и первичного датчика. Электронный блок содержит схему измерения выходного сигнала первичного датчика и ре- 10 гистр, с выхода которого выдается выходной сигнал в цифровом коде. Первичный датчик содержит магнитопроводящую цилиндрическую линейку с двухзаходными винтовыми пазами, в которые уложены проводники электрической обмотки, и коаксиально охватывающую ее с зазором цилиндрическую втулку из ферромагнитного материала. Сигнальным элементом является цилиндрическая втулка из электропроводящего немагнитного материала, имеющая винтовые вырезы, соединенная с подвижным объектом, перемещающим ее в осевом направлении в зазоре между линейкой и ферромагнитной цилиндрической втулкой [1] При подаче на электрическую обмотку переменного напряжения, проходящий через нее ток изменяется от 27044 некоторого минимального значения до максимальной величины в функции линейного перемещения подвижного объекта. Недостатком такого преобразователя является малая точность при преобразовании изменения тока в цифровой код. Известны преобразователи, также состоящие из первичного датчика и электронного блока, у которых электронный блок содержит дополнительную схему, фиксирующую число перирдов выходного сигнала первичного датчика. Первичный датчик содержит цилиндрическую линейку, аналогичную описанной выше конструкции и имеющий сигнальную головку в виде магнитопроводящей цилиндрической втулки с двухзаходными винтовыми пазами на внутренней поверхности, в которые уложена выходная обмотка [2J. При подаче напряжения на обмотку цилиндрической линейки в выходной обмотке цилиндрической втулки индуцируется ЭДС в функции линейного перемещения втулки относительно цилиндрической линейки. Изменение амплитуды происходит с периодичностью, равной ходу винтового паза. В данном преобразователе повышена точность преобразования линейного перемещения в цифровой код, однако, этой конструкции присущ недостаток, заключающийся в неоднозначности определения величины линейного перемещения внутри полупериода, так как любому положению втулки в пределах одной четверти периода соответствует положение втулки в другой четверти периода, в которых выходные ЭДС равны. Эти точки расположены симметрично относительно точки с максимальной величиной выходной ЭДС. Другими недостатками этой конструкции являются: потеря информации о линейном положении в случае перерыва питания преобразователя, малая точность и малая величина выходного сигнала первичного .датчика. Задачей изобретения является исключение неоднозначности определения величины линейного перемещения в пределах полупериода. Эта задача решается тем, что по крайней мере на одной из цилиндрических поверхностей линейки или головки первичного датчика образовано не менее одной пары дополнительных пазов, выполненных симметрично относительно основных пазов, и в этих дополнительных пазах размещена одна или больше дополнительных юбмоток, а электронный блок содержит логический коммутатор, на входы которого подключены выводы основной и дополнительной обмоток, 5 10 15 20 25 30 35 40 а его выход соединен со схемой измерения. С целью повышения точности в преобразователе, имеющем на цилиндрической линейке и сигнальной головке винтовые пазы одного направления, число витков винтовых пазов в сигнальной головке выполняют отличным не более, чем на 1/2 от числа витков винтовых пазов цилиндрической линейки на участке, равном осевой длине сигнальной головки. С целью повышения точности пазы на внутренней цилиндрической поверхности сигнальной головки могут быть выполнены параллельно образующим внутренней цилиндрической поверхности или со скосом в пределах одного пазового деления, при этом осевая длина сигнальной головки равняется или меньше половины хода винтового паза на поверхности цилиндрической линейки. С целью увеличения сигнала первичного датчика и повышения точности преобразователя соосно с цилиндрической линейкой может быть размещено несколько идентичных сигнальных головок, обмотки головок соединены последовательно согласно, головки между собою соединены, механическим с параллельным ориентированием в пространстве обей обмоток, при этом осевое расстояние между серединами соседних головок равняется или кратно ходу винтового паза цилиндрической линейки или отличается от этого" расстояния на величину не более, чем 1/4 величины хода, или сигнальные головки соединены между собою механически с относительным разворотом вокруг продольной оси на угол в пределах ±180°, при этом осевое расстояние между серединами соседних головок изменено на величину ,, 45 Р« 180' где р - линейная величина, равная половине хода винтовых пазов на цилиндрической линейке; а - в градусах угол разворота вокруг 50 продольной оси одной головки относительно другой. С целью исключения потери информации о линейном положении в случае перерыва питания применяют преобразо55 ватель с первичным датчиком, имеющим точный отсчет в виде обмоток в винтовых пазах, ход которых меньше диапазона линейного перемещения сигнальной головки относительно цилиндрической линейки. В таком преобразователе на цилинд 27044 рической линейке выполнены дополнительно двухзаходовые пазы грубого отсчета, пересекающиеся с пазами точного отсчета и имеющие величину хода, равную или несколько превышающую величину рабочего перемещения сигнальной головки, в пазах грубого отсчета расположена обмотка грубого отсчета, соосно с цилиндрической линейкой установлена дополнительно сигнальная головка грубого отсчета, осевая длина которой равна или кратна ходу винтовых пазов точного отсчета. Пазы в сигнальной головке грубого отсчета расположены параллельно образующим цилиндрической поверхности, число этих пазов равно 2 т , где т - целое, в пазах сигнальной головки грубого отсчета расположена одна или несколько обмоток, осевая длина L сигнальной головки точного отсчета определяется по формуле L = 5 10 15 20 ctg ¥ 0 - ctg % • где d - внутренний диаметр отверстия сигнальной головки точного отсчета; *Р0 - угол подьема винтовых пазов в сигнальной голове точного отсчета; Ч*г - угол подъема винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрической линейке, при этом в электронном блоке логический коммутатор дополнительно содержит входы, на которые подключены выходные обмотки грубого отсчета и электронный блок содержит схемы согласования грубого и точного отсчетов, вход которой соединен с выходом схемы измерения, а ее выход соединен со входом регистра. С целью исключения потери информации о линейном положений в случае перерыва питания, преобразователь может содержать первичный датчик, имеющий точный отсчет в виде обмоток в винтовых пазах, ход которых меньше диапазона линейного перемещения сигнальной головки относительно цилиндрической линейки. При этом точный отсчет дополняется грубым отсчетом в виде еще одной цилиндрической линейки с сигнальной головкой. Цилиндрическая линейка грубого отсчета располагается в пространстве параллельно линейке точного отсчета, ход ее винтовых пазов равен или несколько превышает величину рабочего перемещения сигнальных головок, сигнальная головка грубого отсчета соединена механически с сигнальной головкой точного отсчета, при этом электронный блок содержит схему согласования грубого и точного отсчетов, вход которой сое 25 30 35 40 45 50 55 8 динен с выходом схемы измерения, а выход соединен со входом регистра. На фиг.1 и 3 изображены варианты конструктивного исполнения первичного датчика; на фиг.2 и 4 - функциональные схемы преобразователей линейного перемещения. Преобразователь состоит из первичного датчика и электронного блока. Первичный датчик (фиг.1) содержит цилиндрическую линейку 1 и расположенную соосно с ней с равномерным воздушным зазором сигнальную головку 2 в виде втулки. Сигнальная головка может центрироваться относительно оси цилиндрической линейки с помощью установленных по бокам головки втулок из немагнитного материала с малым коэффициентом трения, перемещающихся со скольжением по поверхности цилиндрической линейки. Поверхность цилиндрической линейки для защиты от повреждений может быть закрыта немагнитной тонкостенной трубкой. Для упрощения изображения эти конструкционные элементы на фиг.1 не показаны. На сопрягаемых цилиндрических поверхностях линейки и головки образованы пазы, число которых кратно 2. При этом хотя бы на одной из сопрягаемых цилиндрических поверхностей число пазов должно быть не менее 4. В рассматриваемом примере на поверхности цилиндрической линейки созданы с ходом равным 2р двухзаходные винтовые пазы 3 и 4, в которые уложена обмотка 5 (для упрощения изображения на виде с продольным сечением обмотки не показаны). Витки обмотки 5 имеют направление укладки в одну сторону по одному пазу и в противоположную сторону - по второму пазу, что условно показано точкой и крестиком на поперечном сечении А~А фиг.1. Переходы проводников из одного паза в другой осуществляются в торцевых частях цилиндрической линейки, с одной из торцевых частей выведены начало и конец обмотки. Для изображенного на фиг. 1 поперечного сечения А-А осью обмотки цилиндрической линейки является линия 6. На внутренней поверхности сигнальной головки выполнены винтовые пазы, число которых равняется 2п, где п целое число. В рассматриваемом примере на фиг.1 принято п=2, то есть, число пазов в сигнальной головке равно 4. Направления углов подъема винтовых пазов на цилиндрической линейке и в сигнальной головке выполняют в одну сторону. В рассматриваемом примере направления винтовых пазов правые. Число витков винтовых пазов в 27044 сигнальной головке не должно отличаться больше, чем на 1/2 от числа витков винтовых пазов цилиндрической линейки на участке, равном осевой длине сигнальной головки. Этим методом можно исключить одну из высших гармонических составляющих в выходных сигналах первичного датчика. Для подавления конкретной гармоники при расчете необходимой разницы углов подъема винтовых пазов можно воспользоваться методикой выбора скоса пазов, применяемого в электрических машинах типа многополюсных вращающихся трансформаторов [3]. Осевая длина сигнальной головки выбирается методом оптимизации по заданному максимальному выходному напряжению, величина которого пропорциональна длине головки, и по ограничениям осевого размера первичного датчика и диапазона линейных перемещений. По аналогии с обмоткой 5 в диаметрально противоположных пазах 7 и 8 сигнальной головки 2 уложена основная обмотка 9. В двух других пазах 10 и 11 уложена идентичная дополнительная обмотка 12. Оси обмоток 9 и, 12 в поперечном сечении А-А изображены линиями 13 и 14 соответственно. Для рассматриваемого случая с двумя обмотками в сигнальной головке пространственный угол между их осями равняется 90°. Выводные концы обмоток 9 и 12 подключены на вход логического коммутатора 15 в электронном блоке (фиг.2). Выход логического коммутатора 15 соединен со входом схемы измерения 16, выходы которой соединены со входами регистра 17. Схема управления 18 своими выходами соединена с управляющими входами логического коммутатора 15 и схемы измерения 16. В преобразователе может также применяться сигнальная головка, у которой пазы выполнены не винтовыми, а расположенными параллельно образующим цилиндрической поверхности внутреннего отверстия или со скосом в пределах одного пазового деления. В таком преобразователе (см. фиг.З) цилиндрическая линейка 1 имеет то же устройство, что и на фиг.1. Сигнальная головка 2 имеет осевую длину магнитопроводящей втулки, равную или несколько меньше р- половины хода винтовых пазов на цилиндрической линейке 1. Внутренняя цилиндрическая поверхность содержит 2п продольных пазов 19. В расематриваемом примере принято п=6, то есть число пазов 2п = 12. В пазах уложены проводники основной обмотки 9. Осью обмотки является линия 13. Проводники обмотки имеют направление укладки в 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 10 одну сторону по одному пазу и в противоположную сторону - по другому пазу, расположенному симметрично относительно оси 13. Направления укладки проводников на фиг 3 условно обозначены точками и крестиками на поперечном сечении А-А. Числа проводников в каждом пазу принимаются принципиальными синусу угла, образованного осью 13 и линией, проходящей из центра сигнальной головки 2 в направлении середины соответствующего паза. Переходы 20 проводников из паза в паз осуществляются по торцевым частям сигнальной головки 2. С одной из торцевых частей выведены начало и конец обмотки. Такие обмотки в теории электрических машин получили название концентрических синусоидальнораспределенных обмоток [4]. Применение в первичном датчике сигнальной головки с синусоидально-распределенными обмотками позволяет повысить точность за счет меньшей чувствительности этих обмоток к высшим гармоническим составляющим распределения индукции в воздушном зазоре между цилиндрической линейкой 1 и сигнальной головкой 2. Если не требуется высокая точность, возможно применение в сигнальной головке и других, более простых типов, например, двухслойных распределенных обмоток с укороченным шагом [4]. Равенство осевой длины сигнальной головки 2 половине хода р винтовых пйзов на цилиндрической линейке обеспечивает максимальную величину выходных сигналов. При большой величине хода винтовых пазов (например, при ходе, равном диапазону перемещения сигнальной головки) нецелесообразно применение сигнальной головки с осевой длиной магнитопровода, равной половине хода, из-за увеличения осевой длины всего первичного датчика. В этом случае осевая длина сигнальной головки может быть уменьшена. Возможны варианты применения в сигнальной головке более двух выходных обмоток для уменьшения диапазона обработки выходных сигналов схемой измерения 16 в электронном блоке. Кроме указанной обмотки 9 в тех же пазах расположена аналогичная дополнительная обмотка с ориентированием ее оси в пространстве под углом 90° к оси 13. Для упрощения рисунка дополнительная обмотка не показана, изображена только ее ось 14. В преобразователе вместо одной сигнальной головки возможно также применение нескольких идентичных сигнальных головок, соединенных между собою ме 27044 11 12 'моток первой головки и концы обмоток ханически и расположенных соосно друг последней головки. По второму способу с другом при параллельном ориентировапоследовательно согласное соединение нии в пространстве осей их обмоток на получают в отдельности для каждого прорасстоянии между их серединами, равном или кратном ходу 2р винтовых пазов 5 водника всех обмоток. Практически это может быть осуществлено путем укладки на цилиндрической линейке. Как пример проводников общей обмотки по пазам магна фиг.З пунктирным контуром показано нитопроводов вдоль всех сигнальных горасположение второй сигнальной головки ловок, заранее механически соединенных 25. Указанное расстояние для двух сиг- 10 друг с другом на рассчетных расстояниях. нальных головок может быть увеличено Если диапазон рабочего перемещения сигнальной головки превышает вели* или уменьшено на величину —, где v чину хода 2р винтовых пазов цилиндрипорядок гармоники, входящей в зависи- 15 ческой линейки, тогда данную сигнальмость погрешности преобразователя от ную головку с этими винтовыми пазами линейного перемещения, которую требуетцилиндрической линейки следует считать ся скомпенсировать. Если применено две точным отсчетом первичного датчика. В пары сигнальных головок, расстояние межэтом случае на цилиндрической линейке ду головками в каждой паре изменяют на 20 дополнительно выполняют двухзаходные винтовые пазы грубого отсчета с ходом Р величину 77, а расстояние между этими 2рг, равным или несколько превышающим v диапазон перемещения сигнальной головки. В этих пазах размещают обмотку групарами изменяют на величину .. , где v, 25 бого отсчета, уложенную по принципу об2 мотки точного отсчета. Соосно с цилинди v2 - порядок гармоник, которые подлерической линейкой кроме сигнальной гожат подавлению. Приведенные здесь соотловки точного отсчета с 2п винтовыми ношения справедливы для случая, когда пазами, имеющей устройство, приведенсоответствующие оси обмоток всех голо- 30 ное на фиг. 1, устанавливают и соединяют вок в пространстве сориентированы пас ней механически дополнительно сиграллельно. Выбранные указанным метональную головку грубого отсчета с расподом расстояния между сигнальными голоженными параллельно образующим циловками могут быть изменены на величилиндрической поверхности 2 т пазами, где ну д 1, которая рассчитывается по фор- 35 т - целое число. В общем случае т муле р а может не равняться п. А І = Сигнальная головка грубого отсчета Ї80' имеет устройство, приведенное на фиг.З, где р - линейная величина, равная полоосевая длина ее магнитопровода должна вине хода винтовой линии пазов на ци- 40 равняться ходу 2р пазов точного отсчета линдрической линейке; цилиндрической линейки. Сигнальная гоа - в градусах угол разворота вокруг ловка точного отсчета должна иметь осепродольной оси одной головки относивую длину L магнитопровода, определяетельно другой. мую по формуле Пользоваться осевым разворотом го- 45 пб ловок целесообразно в тех случаях, когда 1 ~ ctg % - ctg % • всю систему сигнальных головок необходимо скомпоновать в минимальную по осегде d - внутренний диаметр отверстия вому размеру конструкцию. Это требуется сигнальной головки точного отсчета; всегда, когда нужно получить максималь- 50 ч*в - угол подъема винтовых пазов в ный диапазон линейного перемещения сигсигнальной головке точного отсчета; нальных головок. При применении несЧ*г - угол подъема винтовых пазов кольких сигнальных головок их обмотки грубого отсчета на цилиндрической лисоединяют последовательно согласно. Эти нейке. соединения возможны двумя способами. 55 Для уменьшения осевой длины L можПо первому способу концы обмоток кажно винтовые пазы грубого и точного отсдой предыдущей головки соединяют с начетов выполнять в разные стороны (левого чалами соответствующих обмоток каждой и правого направлений). При этом в знапоследующей головки, на вход логичесменателе расчетной формулы знак перед кого коммутатора 15 включают начала обctg Ч*г меняется на противоположный. V 13 27044 В преобразователе с двухотсчетным первичным датчиком электронный блок (фиг,4) в логическом коммутаторе 15 дополнительно содержит входы для подключения обмоток 21 и 22 грубого отсчета, индуктивно связанных с обмоткой возбуждения 24 грубого отсчета и схему согласования 23 грубого и точного отсчетов, на вход которой подключены выходы схемы измерения 16. Выходы схемы согласования 23 соединены со входами регистра 17. Преобразователь со схемой, приведенной на фиг.4, может также иметь двухотсчетный первичный датчик следующей конструкции. Точный и грубый отсчеты выполняют отдельно. Каждый из них имеет свою цилиндрическую линейку и сигнальную головку. Цилиндрическая линейка точного отсчета имеет винтовых пазы с ходом 2р меньше рабочего диапазона линейного перемещения сигнальной головки, то есть винтовые пазы делают несколько витков в пределах указанного диапазона. Цилиндрическая линейка грубого отсчета имеет винтовые пазы с ходом 2рг, равным или превышающим рабочий диапазон линейного перемещения сигнальной головки. Сигнальные головки точного и грубого отсчетов могут иметь любую из рассмотренных выше и приведенных на фиг.1 и 3 конструкций. Цилиндрические линейки грубого и точного отсчетов располагают в пространстве параллельно, а их сигнальные головки соединяют механически. В рассмотренных конструкциях элементы первичного датчика могут иметь некоторые особенности. Например, магнитопроводящая часть сигнальной головки в датчике, приведенном на фиг.З, может шихтоваться из штампованных листов. Кроме уменьшения влияния вихревых токов, такая конструкция позволяет заимст. вовать технологические процессы производства электрических машин. Сигнальная головка, приведенная на фиг.1, может иметь продольные разрезы вдоль плоскости, проходящей через ось головки. Отдельные части головки в местах разреза могут соединяться не встык, а с промежутком. Такая конструкция облегчает укладку обмоток в винтовые пазы сигнальной головки. Цилиндрическая линейка также может составляться из отдельных фрагментов, получаемых при продольном разрезе цилиндрической поверхности. В некоторых случаях это упрощает технологический процесс формирования винтовых пазов. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 14 Преобразователь, выполненный по схеме фиг.2 с первичным датчиком, изображенным на фиг.1, при условии рабочего перемещения сигнальной головки в пределах, не превышающих 2р, работает следующим образом. На обмотку 5, являющуюся обмоткой возбуждения первичного датчика, подается переменное напряжение U, которое при начальном фазовом сдвиге равном нулю опишется формулой: U = U sin(27tft), (1) где U - амплитудное значение напряжения; f - частота питающего напряжения; t - текущее время. Протекающий по обмотке 5 ток создает вокруг цилиндрической линейки переменное магнитное поле. При этом соседние участки наружной поверхности цилиндрической линейки 1, разделенные винтовыми пазами 3 и 4, в каждое мгновение можно рассматривать как двухполюсную магнитную систему с разноименными полюсами. Если пренебречь потоками рассеяния, замыкающимися вокруг цилиндрической линейки по воздуху, можно считать, что весь магнитный поток проходит в зоне сопряжения поверхностей сигналь-, ной головки 2 и цилиндрической линейки 1. В этом случае магнитный поток проходит внутри цилиндрической линейки 1 и через воздушный зазор входит в сигнальную головку 2 по направлению оси 6. В сигнальной головке магнитный поток разветвляется на две части, обходит по противолежащим половинам головки и через воздушный зазор с противоположной стороны по направлению оси 6 возвращается в цилиндрическую линейку. При прохождении магнитного потока по указанному пути в обмотках 9 и 12, которые являются выходными, наводятся переменные ЭДС. Амплитуды этих ЭДС являются функциями угла, образованного осью 6 обмотки возбуждения 5 и осями 13 и 14 выходных обмоток 9 и 12 в среднем поперечном сечении сигнальной головки 2. При осевом перемещении сигнальной го* ловки 2 вдоль цилиндрической линейки 1, то есть при изменении величины X на фиг.1, ось 6 будет поворачиваться вокруг центра линейки 2 в соответствии с изменением положения винтовых пазов 3 и 4. В результате в обмотках 9 и 12 будут изменяться и амплитуды ЭДС. При совмещении оси б с осью 13 в обмотке 9 будет наведена ЭДС с максимальной амплитудой, при повороте оси 6 на угол ±90° по отношению к оси 13 ЭДС в обмотке 9 будет равна нулю. При переходе через 15 27044 16 Наличие двух выходных обмоток 9 и эту точку фаза переменной ЭДС будет 12 в сочетании с логическим коммутатоизменяться на 180 электрических градуром 15 обеспечивает выдачу однозначносов. При изменении координаты X значего цифрового кода N без неопределенния ЭДС будут повторяться через промежутки, равные ходу винтовых пазов 2р на 5 ности в пределах полупериода выходного сигнала первичного датчика. цилиндрической линейке. Так как ось 13 При увеличении числа пазов и обмообмотки 9 расположена под углом 90° к ток в сигнальной головке 2 соответственоси 14 обмотки 12, в последней изменено уменьшатся углы между осями выходние амплитуды ЭДС будет повторяться аналогичным образом со сдвигом в отс- 10 ных обмоток и увеличится число выходных сигналов. Это позволит формировать чете координаты X на величину, равную выходной код N схемой измерения 16 не р/2. Такой характер изменения ЭДС в обпо квадрантам, а в меньших диапазонах, мотках 9 и 12 с определенной степенью что также может дать увеличение точносточности может быть описан следующими 15 ти преобразования. синусной и косинусной функциями: Первичный датчик может функционировать также при обращенной схеме по U d = UK sin[ (Х+Ін)]ї отношению к рассмотренной конструкции - с размещением обмотки возбуждения в (3) 20 сигнальной головке, а выходных обмоток U b = UK cos[ - (X+IJ], - на цилиндрической линейке. Число обгде Ua, Ub - амплитуды ЭДС в обмотках моток возбуждения также может быть 9 и 12; больше одной. Например при двух обмотU - напряжение возбуждения, измеках возбуждения можно применить их заняющееся во времени в соответствии с 25 питку двухфазным напряжением. формулой (1); Преобразователь с первичным датчиК - конструктивный коэффициент проком, приведенным на фиг.З, работает по порциональности; тому же принципу, который описан выше р - половина хода винтовых пазов и пояснен фиг.1 и фиг.2, то есть , - при цилиндрической линейки; 30 подаче питающего напряжения на обмотX - координат линейного перемещеку возбуждения 5 первичного датчика в ния сигнальной головки; выходных обмотках 9 и 12 индуцируются \н - начальный сдвиг по координате X, сигналы, описываемые формулами (2) и зависящий от выбора начального положе(3), которые после обработки в электронния сигнальной головки. 35 ном блоке выдаются в виде кода N. Выходные сигналы с обмоток 9 и 12 Если в первичном датчике на цилиндпоступают в электронный блок (фиг.2) на рической линейке установлены две или вход логического коммутатора 15, в котобольше одинаковых сигнальных головок ром они по сигналу со схемы управления на расстоянии между их серединами рав18 сравниваются по фазе между собой и 40 ном 2р, работа преобразователя по схеме с опорным напряжением U. В качестве фиг.2 становится более устойчивой, так опорного напряжения используется измекак последовательное соединение выходняющееся по формуле (1) напряжение, ных обмоток позволяет максимальные выподаваемое на обмотку возбуждения 5 ходные сигналы (2) и (3) увеличить пропервичного датчика. В результате сравне- 45 порционально числу головок. Двумя сигния сигналов по фазе определяется кваднальными головками подавляется одна из рант синусно-косинусных функций (2) и высших гармоник порядка v, если расс(3) JB зависимости от линейного положетояние между серединами сигнальных гония X сигнальной головки 2. Этой логиловок уменьшено ил увеличено на велической операцией определяется порядок 50 р и полярность коммутации выходных сигчину —. В этом случае высшие гармониналов первичного датчика для их передаки будут в противофазе и скомпенсируютчи на обработку в схему измерения 16. ся. При этом результирующее значение По сигналу схемы управления 18 в схеме измерения 16 по результатам обра- 55 максимального выходного сигнала увеличится не в 2 раза, а несколько меньше. ботки ПОСТУПИВШИХ ИЗ ЛОГИЧеСКОГО КОМ' Например, для компенсации второй гармутатора 15 сигналов формируется цифмонической составляющей расстояние ровой код, который передается в регистр 17 для выдачи его внешним пользоватемежду серединами двух сигнальных гололям. вок уменьшено или увеличено на длину 17 27044 Р , что составляет 1/4 часть от v 2 величины хода 2р винтовых пазов цилиндрической линейки. Величина максимального выходного сигнала при этом возрастает не в 2 раза, а пропорционально ^2 • При компенсации других гармоник более высокого порядка величина, на которую изменено расстояние между головками, меньше 1/4 части от величины хода винтовых пазов, а максимальное выходное напряжение возрастет при этом в пределах от у/2 до 2. Указанным методом возможно подавление не одной, а например, двух гармонических составляющих, если применено две пары сигнальных головок. Если диапазон линейного перемещения сигнальной головки превышает величину хода 2р винтовых пазов на цилиндрической линейке, должен применяться двухотсчетный преобразователь с первичным датчиком, у которого на цилиндрической линейке расположены пазы и обмотки грубого и точного отсчетов, а также имеются сигнальные головки грубого и точного отсчетов. При работе данного преобразователя на обмотки возбуждения точного и грубого отсчетов подается переменное напряжение в соответствии с формулой (1). При этом вокруг цилиндрической линейки создаются переменные поля двух наложенных друг на друга двухполюсных магнитных систем. Одна из них - магнитная система точного отсчета, у которой разноименными полюсами являются части наружной поверхности цилиндрической линейки, разделенные двумя винтовыми пазами точного отсчета, витки которых многократно обходят вокруг цилиндрической линейки в пределах диапазона линейного перемещения сигнальных головок. Вторая . - магнитная система грубого отсчета, у которой разноименными полюсами являются части наружной поверхности цилиндрической линейки, разделенные двумя винтовыми пазами грубого отсчета, витки которых делают не более одного оборота вокруг цилиндрической линейки в пределах диапазона линейного перемещения сигнальных головок. Указанным выше выбором осевых длин магнитопроводов сигнальных головок достигаются нечувствительность обмоток сигнальной головки точного отсчета к потоку магнитной системы грубого отсчета и нечувствительность обмоток сигнальной головки грубого отсчета к потоку магнитной системы точного 18 отсчета. Это обеспечивается тем, что при заданных осевых размерах сигнальных головок в каждой из них при любом значении координаты перемещения X с каждой 5 из выходных обмоток будут сцеплены равные между собой, но противоположные по направлению переменные потоки той магнитной системы, взаимодействие с которой должно устраняться. В результате, 10 для случая, когда обе сигнальные головки содержат по паре взаимно-перпендикулярных обмоток, на вход логического коммутатора 15 (см. фиг.4) с обмоток 9 и 10 точного отсчета будут поданы сигналы, 15 соответствующие формулам (2) и (3), а с обмоток 21 и 22 грубого отсчета - сигналы: 20 Udr = UKr sin[ Ubr = UKr cos[ ~ Pr (4) (5) где K r - конструктивный коэффициент про25 порциональности для обмоток грубого отсчета; рг - половина хода винтовых пазов грубого отсчета на цилиндрической ли-, нейке; 30 l r - начальный сдвиг по координате X, зависящий от выбора начального положения сигнальной головки грубого отсчета. В логическом коммутаторе 15 и в схеме измерения 16 по управляющим сигна35 лам схемы управления 18 выходные сигналы обмоток 9 и 10 точного отсчета обрабатываются в соответствии с приведенным выше описанием работы электронного блока. Аналогично обрабатываются и 40 сигналы обмоток 21 и 22 грубого отсчета. Сформированные в схеме измерения 16 отдельно коды точного и грубого отсчетов обрабатываются в схеме согласования отсчетов 23 и передаются в регистр 17. 45 Так как период изменения сигналов по формулам (4) и (5) составляет 2р г , что соответствует диапазону изменения координаты X, то при обработке кодов грубого и точного отсчетов в схеме согласования 50 23 исключается неоднозначность выходного кода N при переходе сигнальной головки точного отсчета с одного периода, равного 2р, на другой. В этом случае даже после перерыва питания преобразо55 вателя полностью восстанавливается информация о линейном перемещении X объекта, связанного с сигнальными головками. Преобразователь со схемой электронного блока, приведенной на фиг.4 также 27044 19 20 будет работать по описанному принципу, мотка, тогда в схеме измерения 16 при если применить первичный датчик, у коформировании кода сигнал грубого отсторого пазы грубого отсчета цилиндричета сравнивается с опорным напряжеческой линейки с ходом, равным 2рг, вынием U, в качестве которого используется полнены отдельно на второй линейке, а напряжение возбуждения первичного датне совмещены на одной цилиндрической чика. линейке с винтовыми пазами точного отсУ всех рассмотренных вариантов чета, имеющими ход 2р и цилиндрическая преобразователей сохраняются принцилинейка грубого отсчета со своей сигпы их работы и в том случае, если пернальной головкой расположена в прост- 10 вичные датчики будут иметь обращенную ранстве параллельно основной линейке с конструкцию, то есть, если пазы с обмеханическим соединением между собой мотками возбуждения будут расположесигнальных головок грубого отсчета. ны на сигнальной головке, а пазы с выЕсли в грубом отсчете первичного датходными обмотками - на цилиндричесчика применена только одна выходная об- 15 кой линейке. 12 т к AT PPQLZ 27044 17 ги ФигЛ Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М. Куль Замовлення 549 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101