ДАТЧИК ЕМКОСТНЫЙ ДЛЯ ЛОКАЦИИ ОБЪЕКТА В ЗОНЕ КОНТРОЛЯ

Заявляемое техническое решение относятся к области коммутационной техники, а именно, к устройствам, позволяющим определять нахождение объекта в зоне контроля, при этом объекты могут быть выполнены из различных материалов. Это дает возможность использовать заявляемые технические решения при создании различных систем определения положения объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов выполненных из различных материалов.
Используемые термины:
Датчик, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т.п.) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы. /
Коммутация - изменение соединений в электрических цепях (включение, отключение, переключение их отдельных частей), выполняемое при помощи специальной аппаратуры (в лектротехнике).Толковый словарь Ефремовой.
Воздействие, управляющее в теории управления это воздействие органа управления на объект управления / Большой экономический словарь/
Элемент - Составная часть сложного целого,  Толковый словарь иноязычных слов.
Воздействующий элемент - элемент датчика, оказывающий управляющее воздействие на коммутирующий элемент.
Коммутирующий элемент - элемент датчика изменяющий свое состояние под действием воздействующего элемента.
Объект (от лат. objectum - букв, ′брошенное перед чем-л.′), то, что воспринимается, мыслится, обсуждается и обрабатывается, в отличие от субъекта (того, кто это воспринимает, мыслит, обсуждает и обрабатывает). /  / Энциклопедия Кругосвет
Локация, -и, жен, (спец.). Определение местонахождения чего-нибудь / Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова
Контроль (франц. controle, от contrerole) - проверка чего-либо / БСЭ
Зона (от греч. zone - пояс), участок, область, пояс, полоса чего-либо, обладающие определенным качественным признаком (например, пограничная зона, зона молчания, зоны Френеля и др.).
Датчик емкостный для локации объекта в зоне контроля - датчик, предназначенный для контроля положения контролируемого объекта относительно самого датчика в определенной зоне пространства.
Известно техническое решение, в котором датчик для локации объекта в зоне контроля содержит корпус из диэлектрического материала или неметалла с крышкой, камеру, поверхность качения, которая совмещена с внутренней поверхностью корпуса, создавая при этом камеру в теле корпуса, тело качения, коммутирующий элемент, в виде катушки индуктивности, (Патент на полезную модель №109551, приоритет от 20.10.2011 г). При наклоне устройства от вертикальной оси тело качения входит или выходит из зоны срабатывания, воздействуя тем самым на коммутирующий элемент, изменяя логическое состояние его контактов, а расстояние между телом качения и коммутирующим элементом определяет значение выходного сигнала.
Недостатком известного технического решения является использование силы тяжести тела качения, а значит применение устройства возможно только относительно вертикальной оси, исключая варианты применения в любом пространственном положении.
Известно техническое решение, в котором датчик для локации объекта в зоне контроля состоит из двух отдельных частей магнитоуправляемого контакта и постоянного магнита (патент РФ на изобретение №2304820, «Выключатель концевой герконовый», МПК Н01Н 36/00, приоритет от 04.07.2005). Приближение контролируемого объекта с установленным на него магнитом к магнитоуправляемому контакту, закрепленному в зоне позиционирования, приводит к изменению логического сигнала последнего.
Недостатком известного технического решения является необходимость установки постоянного магнита на контролируемом объекте, что значительно сокращает область применения на практике, а в отдельных условиях делает его использование не возможным.
Известно техническое решение, выбранное в качестве прототипа, в котором датчик для локации объекта в зоне контроля содержит корпус, упругую втулку, магнитоуправляемый контакт, приемную гильзу, которая соединена с магнитом, установленным в корпусе на подвижном коромысле, механической системой тросов и рычагов (). При появлении объекта в контролируемой зоне он воздействует на приемную гильзу датчика, которая, изменяя свое положение в пространстве, через систему тросов и рычагов выводит коромысло с магнитом из зоны срабатывания магнитоуправляемого контакта, что приводит к переключению последнего.
Недостатком известного технического решения является наличие сложной механической схемы, используемой для передачи движения от приемной гильзы к магниту, установленному на подвижном коромысле вне приемной гильзы, что приводит к ненадежности срабатывания. Изделия имеют низкую надежность и срок службы, требуют настройки, частого обслуживания, ремонта, что ведет к удорожанию изготовления и эксплуатации.
Перед авторами ставилась задача разработать надежный датчик емкостный для локации объекта в зоне контроля для работы в любом пространственном положении, исключить при этом сложные кинематические схемы с механическими составляющими, повысить тем самым надежность изделия и одновременно, снизить его себестоимость, обеспечить возможность локации объектов, выполненных из различных материалов.
Задача решается тем, что в датчике емкостном для локации объекта в зоне контроля, включающем приемную гильзу, упругую втулку, коммутирующий элемент, соединенный с кабелем, воздействующий элемент, упругая втулка выполнена с возможностью ее жестко закрепить, с одной стороны, и соединить с приемной гильзой, с другой стороны, кабель закреплен фиксатором в крайнем положении упругой втулки, коммутирующий элемент выполнен в виде металлических обкладок расположенных концентрически, обладающих электрической емкостью, которые при подаче напряжения создают чувствительную зону в виде электрического поля, воздействующий элемент выполнен в виде торцевой части приемной гильзы. Упругая втулка выполнена в виде пружины. Торцевая часть приемной гильзы выполнена либо из диэлектрика, либо из металла.
Технический эффект заявляемого технического решения заключается в расширении средств данного назначения. А так же, в повышении надежности, в расширении области применения датчиков для локации объектов, выполненных из различных материалов, в том числе в сложных условиях эксплуатации (влажность, запыленность, агрессивная среда, высокая вибрация), в снижении себестоимости и расходов на эксплуатацию.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом.
На фигуре 1 представлена блок-схема поясняющая работу заявляемого датчика емкостного для локализации объекта в зоне контроля, где 1 - приемная гильза, 2 - упругая втулка, 3 - коммутирующий элемент, 4 - чувствительная зона, 5 - кабель, 6 - фиксатор кабеля, 7 - объект.
Принцип работы заявляемого датчика емкостного для локации объекта в зоне контроля поясняется следующим образом.
Коммутирующий элемент 3 выполнен в виде металлических обкладок расположенных концентрически, обладающих электрической емкостью, которые при подаче напряжения создают чувствительную зону 4 в виде электрического поля. Воздействующий элемент выполнен в виде торцевой части приемной гильзы 1. Торцевая часть приемной гильзы может быть выполнена либо из диэлектрика, либо из металла. Коммутирующий элемент 3 установлен внутри приемной гильзы 1 и соединен с кабелем 5. Кабель 5 жестко закреплен фиксатором кабеля 6 в крайнем положении упругой втулки 2. Коммутирующий элемент 3 установлен таким образом, чтобы воздействующий элемент в виде торцевой части приемной гильзы 1 находился в чувствительной зоне 4 созданной электрическим полем металлических обкладок 3. Упругая втулка может быть выполнена в виде пружины.
При локации объекта в зоне контроля объект 7 воздействует на приемную гильзу 1, вызывая ее сдвиг, происходит изгиб упругой втулки 2, при этом увеличивается длина внешней стенки упругой втулки 2, увеличивая тем самым ее длину и длину датчика в целом. Так как один участок кабеля 5 жестко закреплен в крайнем положении упругой втулки 2 фиксатором 6, а противоположный конец имеет возможность свободно перемещаться внутри гильзы 1, то происходит удаление воздействующего элемента в виде торцевой части приемной гильзы 1 от чувствительной зоны 4. При полном выходе воздействующего элемента из чувствительной зоны 4 происходит изменение электрических параметров в цепи металлических обкладок, тем самым фиксируется появление объекта 7 в зоне контроля.
Организованное таким образом управляющее воздействие на коммутирующий элемент датчика позволяют создать датчик емкостный для локализации объекта в зоне контроля, работающий в любом пространственном положении, не применяя сложные механические системы состоящие из тяг, тросов и рычагов. Простота в исполнении и отсутствие необходимости в обслуживании дает заявляемому техническому решению значительный экономический эффект, позволяет расширить сферу применения изделий, в том числе в условиях высокой агрессивности, запыленности и влажности, увеличивает их стойкость к вибрации и надежность в эксплуатации.
Преимущества заявляемого технического решения заключается в следующем:
- Позволяет создавать различные системы определения положения объектов, применяемых в робототехнике, в охранной сигнализации, в контрольно-измерительном оборудовании, в средствах автоматизации обеспечения безопасности на транспорте, в машиностроении, металлургии, в других областях деятельности человека, где необходимо определять положение объектов выполненных из различных материалов.
- Обладает повышенной надежностью.
- Не требует дополнительных механических составляющих для передачи движения приемной гильзы при воздействии на нее контролируемого объекта.