УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ВАРИАНТЫ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для абсолютных измерений угловых перемещений объектов бесконтактным методом в условиях повышенных механических и климатических нагрузок.
Известно устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее корпус, датчик угла в виде магнитного энкодера, имеющий вал с опорой в виде подшипника скольжения, магнит и плату обработки, и зубчатое колесо, закрепленное на валу магнитного энкодера, RU №94332 U1, G01C 9/06, 20.05.2010.
В известном устройстве отсутствует возможность считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса дистанционно и непосредственно с его венца.
Известен датчик вращения зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, магниточувствительный элемент на эффекте Холла, постоянный магнит в виде прямоугольного параллелепипеда, подвижный сердечник с резьбой, установленный соосно с магниточувствительным элементом, RU №845671 U1, G01B 7/14, G01B 7/30, G01P 1/02, G01P 3/488, 10.07.2009.
Известное устройство не обеспечивает возможность считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса, так как в его конструкции имеется только один магниточувствительный элемент и только один зубчатый венец, что снижает функциональные возможности датчика.
Известен преобразователь угла поворота вала в последовательность электрических импульсов, включающий подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь с магниторезистивными элементами, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU №80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009.
Известное устройство не позволяет определять абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса.
Электронный блок в известном устройстве расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.
Известно устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с венцом, и постоянные магниты, расположенные между платой обработки и магниточувствительными элементами, RU №104693, U1, G01B 7/00, 20.05.2011.
Известное устройство обладает простой конструкцией и используется в жестких климатических и механических условиях эксплуатации.
В указанном устройстве магниточувствительные элементы расположены параллельно венцу зубчатого колеса и выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равную
p·(1/4+n),
где p - шаг зубьев венца,
n - число зубьев (целое).
Однако это устройство не имеет возможности определения абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса, а это снижает его функциональные и эксплуатационные возможности особенно при прерывании сетевого питания устройства, когда происходит сбой значений угла поворота.
Известно устройство для измерения угловых перемещений,, включающее подвижный модуль, сопряженный с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с подвижным модулем и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки с двумя парами магниточувствительных элементов, сопряженных с подвижным модулем, и постоянный магнит, на котором установлены две пары магниточувствительных элементов, RU №132180, U1, G01B 7/00, 10.09.2013.
Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.
Устройство ближайшего аналога обладает простой конструкцией, обеспечивает абсолютные измерения угла поворота зубчатых колес и используется в жестких климатических и механических условиях эксплуатации.
Однако в ближайшем аналоге наличие двух параллельно расположенных зубчатых колес увеличивает осевые габариты и усложняет сборку.
Выполнение зубчатых колес с зубчатыми венцами усложняет технологию изготовления подвижного модуля и требует установку дополнительных защитных кожухов согласно требованиям техники безопасности.
В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей расширить эксплуатационные возможности, снизить осевые габариты, обеспечить безопасность работы, упростить технологию изготовления подвижного модуля и сборки устройства.
Технический результат настоящей полезной модели заключается в повышении компактности конструкции и упрощении изготовления подвижного модуля с радиальными выступами за счет выполнения подвижного модуля в виде единого диска и расположении рядов вырезов коаксиально друг другу.
Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь, установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки с двумя парами магниточувствительных элементов и постоянный магнит, на котором установлены две пары магниточувствительных элементов (Варианты 1, 2).
Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль, выполненный в виде единого диска с двумя рядами вырезов четырехугольной формы. Два ряда вырезов четырехугольной формы расположены в плоскости диска коаксиально друг другу, сопряжены с объектом пользователя, и заполнены магнитонепроводящим эпоксидным компаундом. Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного взаимодействия с двумя рядами вырезов четырехугольной формы, каждая пара магниточувствительных элементов которого сопряжена с соответствующим рядом этих вырезов. При этом число вырезов четырехугольной формы в одном ряду отличается от числа вырезов четырехугольной формы в другом на единицу, а плата обработки с магнитом и двумя парами магниточувствительных элементов расположена параллельно единому диску. (Вариант 1)
Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль, выполненный в виде единого диска с двумя рядами вырезов круглой формы. Два ряда вырезов круглой формы расположены в плоскости диска коаксиально друг другу, сопряжены с объектом пользователя, и заполнены магнитонепроводящим эпоксидным
компаундом. Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного взаимодействия с двумя рядами вырезов круглой формы, каждая пара магниточувствительных элементов которого сопряжена с соответствующим рядом этих вырезов. При этом число вырезов круглой формы в одном ряду отличается от числа вырезов круглой формы в другом на единицу, а плата обработки с магнитом и двумя парами магниточувствительных элементов расположена параллельно единому диску. (Вариант 2)
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - Устройство для измерения угловых перемещений, разрез (Вариант 1);
на фиг. 2 - Разрез А-А на фиг. 1 (Вариант1);
на фиг. 3 - Устройство для измерения угловых перемещений, разрез (Вариант 2);
на фиг. 4 - Разрез А-А на фиг. 3 (Вариант 2);
на фиг. 5 - Разрез Б-Б на фиг. 1 и фиг. 3 (Варианты 1, 2).
Устройство для измерения угловых перемещений содержит:
Варианты 1, 2.
Магнитный преобразователь - 1,
корпус (преобразователя 1) - 2,
плату обработки (в корпусе 2) - 3,
первую пару магниточувствительных элементов (платы 3) - 4,
вторую пару магниточувствительных элементов (платы 3) - 5,
постоянный магнит (между платой 3 и элементами 4, 5) - 6.
Вариант 1
Подвижный модуль в виде единого диска - 7,
первый ряд вырезов (на диске 7) - 8,
вырезы прямоугольной формы (в ряде 8) - 9,
второй ряд вырезов (на диске 7) - 10,
вырезы прямоугольной формы (в ряде 10) - 11,
магнитонепроводящий эпоксидный компаунд (в вырезах 9 и 11) - 12.
Вариант 2
Подвижный модуль в виде единого диска - 13,
первый ряд вырезов (на диске 13) - 14,
вырезы круглой формы (в ряде 14) - 15,
второй ряд вырезов (на диске 13) - 16,
вырезы круглой формы (в ряде 16) - 17,
магнитонепроводящий эпоксидный компаунд (в вырезах 15 и 17) - 18.
Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь 1 и подвижные модули 7 (Вариант 1) и 13 (Вариант 2).
Варианты 1, 2
Магнитный преобразователь 1 установлен в корпусе 2. Внутри корпуса 2 размещены плата обработки 3 с двумя парами магниточувствительных элементов 4 и 5, постоянный магнит 6. На постоянный магнит 6 установлены две пары магниточувствительных элементов 4 и 5.
Вариант 1
Подвижный модуль 7 выполнен в виде единого диска с двумя рядами 8 и 10 вырезов четырехугольной формы 9 и 11. Ряды 8 и 10 вырезов четырехугольной формы 9 и 11 расположены в плоскости диска 7 коаксиально друг другу, сопряжены с объектом пользователя и заполнены магнитонепроводящим эпоксидным компаундом 12.
Магнитный преобразователь 1 имеет возможность дистанционного взаимодействия с двумя рядами 8 и 10 вырезов четырехугольной формы 9 и 11.
Каждая пара магниточувствительных элементов 4 и 5 магнитного преобразователя 1 сопряжена с соответствующими рядами 8 и 10 вырезов четырехугольной формы 9 и 11.
Число вырезов четырехугольной формы 9 в первом ряду 8 отличается от числа вырезов четырехугольной формы 11 во втором ряду 10 на единицу.
Плата обработки 3 с магнитом 6 и двумя парами магниточувствительных элементов 4 и 5 расположена параллельно единому диску 7.
Вариант 2
Подвижный модуль 13 выполнен в виде единого диска с двумя рядами 14 и 16 вырезов круглой формы 15 и 17. Ряды 14 и 16 вырезов круглой формы 15 и 17 расположены в плоскости диска 7 коаксиально друг другу, сопряжены с объектом пользователя и заполнены магнитонепроводящим эпоксидным компаундом 18.
Магнитный преобразователь 1 имеет возможность дистанционного взаимодействия с двумя рядами 14 и 16 вырезов круглой формы 15 и 17.
Каждая пара магниточувствительных элементов 4 и 5 магнитного преобразователя 1 сопряжена с соответствующими рядами 14 и 16 вырезов круглой формы 15 и 17.
Число вырезов круглой формы 15 в первом ряду 14 отличается от числа вырезов круглой формы 17 во втором ряду 16 на единицу.
Плата обработки 3 с магнитом 6 и двумя парами магниточувствительных элементов 4 и 5 расположена параллельно единому диску 13.
Плата обработки 3 содержит электроэлементы (показаны условно), участвующие в обработке электрических сигналов, идущих с магниточувствительных элементов 4 и 5 (микроконтроллер, резисторы, конденсаторы).
Каждый из магниточувствительных элементов 4 и 5 представляет собой специальную микросхему, в которой используется эффект Холла.
Устройство для измерения угловых перемещений осуществляет измерения следующим образом.
При вращении подвижного модуля в виде единого диска 7 (Вариант 1), 13 (Вариант 2) изменяется плотность магнитного потока как в зоне магниточувствительных элементов 4, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах магниточувствительных элементов 4 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу вырезов 9 в ряду 8 (Вариант 1) и вырезов 15 в ряду 14 (Вариант 2), так и зоне магниточувствительных элементов 5, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах магниточувствительных элементов 5 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу вырезов 11 в ряду 10 (Вариант 1) и вырезов 17 в ряду 16 (Вариант 2).
Электрические сигналы, идущие с магниточувствительных элементов 4 и 5 обрабатываются и преобразуются в нужный формат платой обработки 3.
При обработке сигналов в плате обработки 3 фазы сигналов, поступающих с магниточувствительных элементов 4 и 5, будут близки к совпадению только один раз за оборот.
По соотношению фаз сигналов с магниточувствительных элементов 4 и 5 определяют абсолютное значение угла поворота подвижного модуля 7 (Вариант 1) и подвижного модуля 13 (Вариант 2).
Выполнение устройства для измерения угловых перемещений с подвижным модулем 7, выполненным в виде единого диска с двумя рядами 8 и 10 вырезов четырехугольной формы 9 и 11 (Вариант 1) и с подвижным модулем 13, выполненным в виде единого диска с двумя рядами 14 и 16 вырезов круглой формы 15 и 17 (Вариант 2) повышает компактность конструкции и расширяет ее эксплуатационные возможности.
Расположение в подвижном модуле 7 вырезов четырехугольной формы 9 и 11 в рядах 8 и 10 в плоскости диска и коаксиально друг другу (Вариант 1) и в подвижном модуле 13 вырезов круглой формы 15 и 17 в рядах 14 и 16 в плоскости диска и коаксиально друг другу (Вариант 2) уменьшает осевые габариты устройства.
Выполнение подвижных модулей 7 (Вариант 1) и 13 (Вариант 2) в виде диска обтекаемой формы и заполнение вырезов четырехугольной формы 9 и 11 (Вариант 1) и вырезов круглой формы 15 и 17 (Вариант 2) магнитонепроводящим эпоксидным компаундом 12 и 18, соответственно, упрощает обслуживание и обеспечивает безопасность работы с устройством.
Наличие единого диска в подвижных модулях 7 (Вариант 1) и 13 (Вариант 2) упрощает сборку устройств, при этом единый диск 7, 13 может быть изготовлен за одну установку, как методом штамповки, так и на прошивном станке, что упрощает технологию изготовления подвижного модуля, кроме того удешевляет изготовление и повышает производительность изготовления устройства.
Предложенное устройство для измерения угловых перемещений изготовлено промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».