Датчик положения ДП-5

Любопытная штука - индукционный датчик положения угла поворота, выпускавшийся московским Научно-исследовательским институтом электронных математических машин (ныне НИИ «Аргон») по ОЯ0.036.003 ТУ.

Сейчас такие штуки называют энкодерами. Такие датчики используются, как правило, в системах сельсин-связи. На выходе он выдаёт бинарный код, соответствующий углу поворота вала.

Общий принцип действия индуктивных преобразователей основан на использовании свойства изменения индуктивности датчика при изменении сопротивления его магнитной цепи. Задающая система таких преобразователей представляет собой барабан из немагнитного материала (обычно дюралюминия). На боковой поверхности барабана нанесен рисунок кода путем вклеивания или впрессовывания кусков ленты из пермаллоя или ХВП. Эти участки соответствуют значению кода в данном разряде. Изменения магнитного сопротивления добиваются замыканием и размыканием магнитной цепи указанными элементами задающей системы, которые в этом случае являются как бы якорем датчика. Чувствительными элементами в разрядах являются индуктивные датчики, выполненные в виде катушки с сердечником из ферромагнитного материала (пермаллоя или ХВП). Разрядные чувствительные элементы устанавливаются вдоль образующей барабана над соответствующими кодовыми дорожками на барабане.

Индуктивные преобразователи угла в код обладают значительно более низкой разрешающей способностью, чем фотоэлектрические; кроме того, им свойственны сравнительно высокие моменты инерции и трения. Трудности, связанные с выполнением малого по размерам элементарного участка на дорожке младшего разряда кодирующего диска, приводят к ограничению числа разрядов в одном преобразователе (не более восьми). Однако, такие преобразователи имеют одно неоспоримое преимущество - они приспособлены для работы в тяжелых климатических условиях. Для многих специальных применений это становится решающим.

Основные параметры ДП-5

   Преобразователь ДП-5 состоит из корпуса 1, на котором крепятся индуктивные считывающие (чувствительные) элементы 4, кодового барабана 2 и крышек. Кодовый барабан является цилиндром, выполненным из того же материала, что и корпус; это позволяет уменьшить изменение зазора между барабаном и корпусом при различных значениях окружающей температуры. На поверхность барабана напрессовывается втулка 3 из пермаллоя (80НХС), являющаяся собственно кодовым барабаном и обеспечивающая изменение сопротивления магнитной цепи при повороте входной оси. Внешняя поверхность втулки с помощью канавок разбита на восемь дорожек шириной 2,5 мм (по числу разрядов в выходном коде преобразователя). Над каждой дорожкой расположен считывающий элемент данного разряда 4. Для отображения кода поверхность втулки имеет выступы и впадины (в соответствии с отраженным двоичным кодом).

   Индуктивный считывающий элемент 6 представляет собой малогабаритный импульсный трансформатор на П–образном оксиферовом сердечнике. На сердечнике 1 закреплены обмотки опроса, компенсации и рабочая обмотка 2. При считывании кода в обмотку опроса подается импульсное напряжение; выходной сигнал снимается с обмоток компенсации и рабочей, которые соединены последовательно и встречно. С целью повышения надежности работы считывающего элемента и улучшения его разрешающей способности оксиферовый сердечник с обмотками помещен в корпус 3 из алюминия. При этом концы сердечника составляют одну плоскость с торцевой поверхностью корпуса считывающего элемента. Зазор между чувствительным элементом и поверхностью кодового барабана составляет 25–50мкм.

   При считывании информации с преобразователя импульсы опроса от специального генератора поступают на последовательно соединенные обмотки опроса всех чувствительных элементов. Выходной код снимается в параллельной форме со всех рабочих обмоток разрядных чувствительных элементов. Амплитуда и длительность выходных импульсов зависят от многих факторов, главными из которых являются: параметры импульсов опроса, форма и материал сердечника и воздушный зазор между барабаном и чувствительными элементами. Очевидно, что на параметрах выходного импульса может сильно сказываться биение (эксцентриситет) поверхности кодирующих элементов. Для исключения этого явления применяют шлифование поверхности кодирующих элементов в собственных подшипниках, что обеспечивает допуск на биения 5 мкм.

   В некоторых случаях для считывания информации применяется мостовая схема, на одну из диагоналей которой подается напряжение с частотой 20 – 30 кГц. Тогда рабочая обмотка включается в одно из плеч моста, а в три других плеча включаются одно постоянное и два переменных сопротивления (последние необходимы для начальной балансировки).

   Если под чувствительным элементом находится часть поверхности барабана из немагнитного материала, то мост сбалансирован и на его выходе будут только шумы в виде малых по амплитуде высших гармонических составляющих; такое положение входной оси соответствует 0 в данном разряде. Если же под чувствительным элементом находится пластинка из магнитного материала, то из-за уменьшения индуктивного сопротивления катушки чувствительного элемента мост разбалансируется и с его диагонали будет сниматься большое напряжение; очевидно, что такое, положение входной оси будет соответствовать 1 в данном разряде.

   Значение отношения сигнал/помеха в данном виде преобразователя определяется как разбалансом моста, так и амплитудой высших гармонических составляющих. Последняя величина зависит от многих причин, наибольшее значение из которых имеет зазор между барабаном и чувствительными элементами; отсюда следуют высокие требования на эксцентриситет и биения.

домой