АБСОЛЮТНЫЙ ДАТЧИК УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ

Устройство относится к датчикам углового положения и позволяет отслеживать угловое положение поворотного механизма без потери информации о положении в случае перебоя электропитания.
Современные существующие датчики углового положения, как правило, включают в свой состав датчики (или массив датчиков) Холла в качестве магниточувстительных элементов, аналогово-цифровые преобразователи (АЦП), сложные вычислительные микропроцессорные устройства, необходимые для обработки информации с датчиков Холла.
Так, известен программируемый магнитный энкодер AS51 30 фирмы Austriamicrosystems. Энкодер AS5130 является бесконтактным магнитным энкодером для точного измерения угла на полном обороте 360°. Эта система на-чипе сочетает в одном устройстве интегрированные элементы Холла, интерфейс аналоговой и цифровой обработки сигнала, устройство для вычисления углового положения. Угол может быть измерен с помощью простого двухполюсного магнита, вращающегося над магниточувствительной частью чипа.
Известен также датчик углового положения на постоянном магните, имеющий в своем составе магниточувствительные контакты, в виде угловых секторов, принятый за прототип. При определенном положении магнита относительно секторов происходит замыкание контактов. В зависимости от количества и расположения замкнутых контактов формируются определенные значения напряжений (количество значений напряжений соответствует количеству секторов контактов), поступающие на компаратор, формирующий группы порогов напряжений. Сигнал с компараторов поступает на контроллер, который определяет угловое положение полюсов магнита относительно секторов с контактами. (US 6803760, G01D 5/14)
Недостатками прототипа являются значительная вероятность отказа известного датчика и перебоев в его работе обусловленные наличием в его составе аналогово-цифровых преобразующих и вычислительных устройств, которые существенно ограничивают его применяемость. В первую очередь это связано с нестабильным питанием и высоким уровнем помех. Помехи в свою очередь оказывают значительное влияние на работу аналогово-цифрового преобразователя, который вследствие этого может формировать сигнал, не соответствующий реальному угловому положению. Кроме того, наличие в составе датчика выше упомянутых устройств ограничивает его применение в условиях с высоким уровнем радиационного фона и температурного диапазона.
Задачей создания заявляемой полезной модели является упрощение устройства, за счет исключения из его состава аналогово-цифрового преобразователя и сложного вычислительного устройства, путем обеспечения возможности прямого формирования цифрового сигнала.
Поставленная задача решается тем, что в абсолютном датчике углового положения, содержащем постоянный магнит, предназначенный для размещения на внешнем контролируемом вращающемся элементе, магниточувствительный элемент, дискретные контакты, срабатывающие на магнитное поле, магниточувствительный элемент выполнен в виде единого элемента, включающего магниточувствительные микроконтакты, связанные через селектор с формирователем абсолютного кода, при замыкании группы микроконтактов под действием поля постоянного магнита с активного выхода селектора, определенного, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле:
, где
i
z
K, K - - начальный и конечный микроконтакты из группы микроконтактов, замкнутых под действием постоянного магнита, сигнал поступает на формирователь абсолютного кода, выдающий двоичный код.
Предусмотрено, что селектор выполнен, например, в виде постоянного запоминающего устройства.
Предусмотрено, что постоянный магнит и магниточувствительный элемент выполнены кольцеобразными и размещены коаксиально.
Полезная модель представлена на фигурах, где
на фиг. 1 приведена структурная схема заявляемого абсолютного датчика углового положения,
на фиг. 2 - представлен алгоритм получения универсального двоичного в зависимости от углового расположения активного полюса магнита относительно магниточувствительных микроконтактов,
на фиг. 3 - показана обобщенная электрическая принципиальная схема селектора,
на фиг. 4 - приведен вариант абсолютного датчика углового положения в планарном исполнении,
На фиг. 5 - приведен вариант абсолютного датчика углового положения с кольцеобразными постоянным магнитом и магниточувствительным элементом.
На фигурах представлены:
1 - постоянный магнит,
2 - магниточувствительный элемент,
3 - магниточувствительные микроконтакты,
4 - селектор,
5 - формирователь абсолютного кода (шифратор),
6 - сектор группы микроконтактов, охватываемый магнитным полем постоянного магнита 1.
Устройство работает следующим образом.
1
2
n
При вращении внешнего контролируемого элемента, постоянный магнит 1, размещенный на нем, своим магнитным полем А замыкает группу из K, K, …, К, микроконтактов 3, показанных как сектор 6 на фиг. 4, 5.
Микроконтакты 3 имеют только два состояния - «замкнут» и «разомкнут». Количество замкнутых микроконтактов 3 может быть произвольным и зависит от величины индукции и зоны рассеивания магнитного поля. Возникает необходимость в отсеивании паразитных сигналов и выборе активного контакта охватываемого сектора 6.
Далее сигнал B поступает на селектор 4, выполненный, например в виде постоянного запоминающего устройства. Селектор 4 делает активным контакт из группы замкнутых контактов, как ближайшее целое значение величины, полученной по формуле:
, где
i
z
К, К - - начальный и конечный микроконтакты 3 из группы микроконтактов 3, замкнутых под действием постоянного магнита 1.
Сигнал C с активного контакта X селектора 4 поступает на формирователь абсолютного кода 5. Формирователь 5 преобразует сигнал с активного X контакта селектора 4 в универсальный двоичный код D и передает данный код на внешнюю систему управления, телеметрию и т.д.
Заявляемый абсолютный датчик углового положения может быть реализован с использованием магниточувствительной микросхемы. Современные технологии и оборудование позволяют разработать и изготовить магниточувствительную микросхему, описанную в данной заявке.
Функциональные блоки микросхемы могут быть реализованы на простой логике, что позволяет обойтись минимально возможным числом микроэлементов, встроенных в микросхему.
Возможности применения абсолютного датчика углового положении, реализованного на магниточувствительной микросхеме, ввиду отсутствия в ее составе сложных микровычислительных функциональных узлов (блоков) существенно расширены по сравнению с аналогами, особенно в объектах с высоким уровнем помех, радиации, широким диапазоном температур.