Устройство для измерения угла вращения
DEVICE FOR MEASURING ROTATION ANGLE

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления технологическими процессами.
Известна установка для изучения вращательного движения (см. RU 2104585 С1, 10.02.1998), которая содержит диск из диамагнетика с отверстиями по периферии и с ферромагнитным стержнем в центре, подвешенный к магниту с ферромагнитным сердечником, и установленные вблизи индукционный движитель и оптический датчик, подключенный к регистрирующему устройству, а также осесимметричное тело с возможностью установки на диске. Индукционный движитель представляет собой П-образный сердечник с тремя обмотками, две из которых намотаны во взаимопротивоположных направлениях и соединены с переключателем направления вращения. В качестве регистрирующего устройства может использоваться частотомер, состоящий из генератора, ключевого устройства и счетчика импульсов.
На базе этой установки, применяемой при проведении лабораторных работ, по показаниям счетчика импульсов можно определить угловую скорость вращения, угол поворота вращения диска и другие параметры вращательного движения.
Недостатком этой установки является температурная погрешность, связанная с изменением активного сопротивления обмотки индукционного движителя.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятое автором за прототип устройство для измерения параметров вращающего вала (см. SU 1613936 А1, 15.12.1990). Данное устройство содержит СВЧ-генератор, приемник, передающую антенну, приемную антенну, вращающийся вал, металлический диск с зубьями, жестко закрепленный на валу, спектроанализатор и частотомер. Здесь определенным образом подбираются и рассчитываются геометрические размеры диска и его зубьев, что позволяет получить измеряемую частоту, кратную угловой скорости вращения вала. О величине биений вала судят по соотношению гармоник спектра выходного сигнала, а угловую скорость вращения вала и ее сигнальность определяют по частоте выходного сигнала.
Недостатком этого известного устройства можно считать сложность процедуры измерения, связанную со спектральным анализом гармоник информационного выходного сигнала приемника.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процедуры измерения угла вращения.
Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения угла вращения, содержащее исследуемый объект, источник излучения и частотомер, введены первый и второй блоки питания, преобразователь вращения в электрический сигнал, включающий в себя сельсин-датчик и сельсин-приемник, преобразователь напряжения, в качестве источника излучения используется микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты, причем вход преобразователя вращения в электрический сигнал подключен к первому блоку питания, выход преобразователя вращения в электрический сигнал через преобразователь напряжения соединен с варактором микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, вход питания микроволнового генератора подключен ко второму блоку питания, выход микроволнового генератора соединен с входом частотомера, ротор сельсина-датчика преобразователя вращения в электрический сигнал жестко скрепляется с исследуемым объектом.
Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, преобразование вращательного движения вала силового цилиндра в частоту через выходное напряжение преобразователя вращения в электрический сигнал дает возможность измерить угол вращения частотой генератора с варакторной перестройкой частоты.
Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения угла вращения на основе измерения частоты генератора с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. с упрощением процедуры измерения угла вращения.
На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.
Данное устройство содержит исследуемый объект 1, соединенный жестко с преобразователем вращения в электрический сигнал 2, первый блок питания 3, преобразователь напряжения 4, генератор с варакторной перестройкой частоты 5, второй блок питания 6 и частотомер 7.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В данном техническом решении рассматривается вопрос определения угла поворота, например, силового цилиндра вращательного движения (исследуемый объект 1), поршень которого при изменении давления рабочей среды в цилиндре перемещается вправо или влево. В силу этого связанный с поршнем выходной вал цилиндра поворачивается на определенный угол, величину которого требуется вычислить. Для этого выходной вал силового цилиндра жестко закрепляется с ротором сельсина-датчика преобразователя вращения в электрический сигнал 2. Сельсин-датчик и сельсин-приемник, образующие в данном случае преобразователь вращения в электрический сигнал, как известно, представляют собой устройства, имеющие ротор с обмоткой и статоры с обмотками и могут работать в индикаторном и трансформаторном режимах. В данном техническом решении используют неполный трансформаторный режим сельсинов. Согласно этому режиму соответствующие обмотки статора сельсина-датчика соединяют с соответствующими обмотками статора сельсина-приемника, а на обмотку ротора сельсина-датчика (вход преобразователя вращения в электрический сигнал) подают переменное напряжение с первого блока питания 3. При повороте ротора сельсина-датчика из-за перемещения выходного вала силового цилиндра в обмотке сельсина-приемника (выход преобразователя вращения в электрический сигнал) наводится электродвижущая сила, пропорциональная углу поворота ротора сельсина-датчика. После этого в цепи «обмотка сельсина-приемника и преобразователь напряжения 4» возникает напряжение, которое после выпрямления в преобразователе напряжения поступает на варактор генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Предварительно для генерации микроволновых колебаний указанным генератором на его вход питания подают постоянное напряжение с выхода второго блока питания 6. Как известно, генераторы с варакторной перестройкой частоты при подаче на их варакторный вход постоянного напряжения могут перестраиваться по частоте. Следовательно, посредством изменения выходного напряжения преобразователя напряжения 4 можно перестроить генерируемую данным генератором частоту. Для измерения частоты генератора сигнал с его выхода подают на вход частотомера 7, где можно по частоте получить информацию о величине поворота вала силового цилиндра. Отсюда следует, что об изменении угла вращения вала силового цилиндра можно судить по изменению частоты генератора с варакторной перестройкой частоты. Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с прототипом можно считать возможность без сложного схемного решения передавать информацию об угле вращения дистанционно на расстояние.
Таким образом, в данном изобретении на основе использования свойств сельсина-датчика, сельсина-приемника и генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить упрощение процедуры измерения угла вращения.