ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД
CONVERTER OF LINEAR DISPLACEMENT INTO CODE

Преобразователь линейных перемещений относится к области измерительной техники, датчиков линейных величин, преобразователей малых (микронных) перемещений в код.
Известен преобразователь линейных величин A.C. СССР № 1128105. Это дифференциальный индукционный преобразователь линейных перемещений цилиндрической конструкции, обеспечивающий измерение линейных величин от 0,1 мм до десятков миллиметров. Конструкция преобразователя сложна и громоздка и включается в схему, содержащую два усилителя, генератор, ключи. Основным недостатком этого преобразователя являются малая разрешающая способность, малый диапазон измеряемых величин, большие габариты и вес.
Известен также индуктивно-емкостной преобразователь линейного перемещения А.С. СССР № 464776. В нем используется подвижный электромагнитный экран, при перемещении которого относительно катушки индуктивности изменяется воздушный зазор и, следовательно, изменяется индуктивность катушки и емкость конденсатора. Эти изменения измеряются мостовой схемой. Недостатками этого преобразователя являются: малый диапазон измерений, малая разрешающая способность, большие габариты и вес.
Наиболее близким техническим решением является высокочастотный измерительный преобразователь по А.С. СССР № 389391, у которого измерительный индуктивный элемент соединен с управляемым генератором высокой частоты и частотным дискриминатором. Входной величиной является перемещение электромагнитного экрана, а выходными параметрами - напряжение и частота. Недостатком этого преобразователя являются: малый диапазон измерений, малая чувствительность, большие габариты и вес.
Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого изобретения являются генератор, подвижный задатчик размера, связанный с подвижной частью объекта.
Устранить указанные недостатки аналогов и прототипа позволяет применение техники цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) и микроэлектронного конструирования. Носителями ЦМД являются магнитоодноосные кристаллы ортоферритов (диаметр ЦМД порядка десятков микрометров), феррит-гранатов (диаметр ЦМД порядка единиц, долей микрометра), гексаферритов (диаметр ЦМД порядка десятых долей микрометра и менее).
На кристаллах методом эпитаксии выращивают пленки, содержащие ЦМД. На эти пленки наносят пермаллоевые и токовые аппликации, с помощью которых можно перемещать ЦМД со скоростью 20 м/сек и создавать различные датчики высокой точности.
Высокая точность и высокое быстродействие обеспечиваются за счет малых размеров ЦМД и высокой скорости их перемещения. По этой же причине значительно уменьшаются габариты, вес преобразователей, увеличивается диапазон измеряемых величин, разрешающая способность при измерении малых величин (доли микрометра) и больших величин (сантиметры, дециметры) остается постоянной.
Задачей заявляемого изобретения является создание преобразователя линейных перемещений, имеющего высокую разрешающую способность, работающего в широком диапазоне измеряемых величин при хороших весогабаритных характеристиках.
Технический результат достигается за счет того, что в устройство введены самариевый магнит, установленный на неподвижной части преобразователя, над которым расположена пластина феррит-гранатового кристалла с магнитоодноосной эпитаксиальной пленкой, с выполненными на ней доменопродвигающей структурой, компрессором, магнитным триггером, аннигилятором, магнитным барьером и генератором цилиндрического магнитного домена, введены также ключевой элемент, три резистора, три диода, счетчик импульсов, индикатор, две шины «Пуск» и элемент ИЛИ, задатчик размера состоит из каретки с постоянным магнитом и связанным с ним ЦМД, расположенным в зоне взаимодействия с цилиндрическими магнитными доменами, формируемыми в доменопродвигающей структуре, причем первый, второй и третий выходы генератора через ключевой элемент подключены к соответствующим первым концам первого, второго и третьего резисторов, второй конец первого резистора соединен через первую группу ячеек доменопродвигающей структуры и через первый диод и магнитный триггер с общей точкой схемы, а также с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого подключен ко второму концу второго резистора и через вторую группу ячеек доменопродвигающей структуры, через второй диод и магнитный триггер к общей точке схемы, второй конец третьего резистора соединен с третьим входом схемы ИЛИ и через третью группу ячеек доменопродвигающей структуры, через третий диод и магнитный триггер подключен к общей точке схемы, а первая шина "Пуск" соединена с первым входом счетчика импульсов и с первым концом аннигилятора, второй конец которого подключен к общей точке схемы, а вторая шина "Пуск" соединена с четвертым входом ключа и через генератор ЦМД и компрессор к общей точке схемы, а выход магнитного триггера соединен с пятым входом ключевого элемента и со вторым входом счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход - к индикатору, причем четвертые выходы генератора и ключевого элемента соединены с общей точкой схемы.
Конструкция преобразователя линейных перемещений представлена на фиг.1. На неподвижной части 1 преобразователя расположена электронная часть 2 преобразователя и плата 3, на которой размещена электромагнитная часть 4, содержащая феррит-гранатовый кристалл 5, эпитаксиальную магнитную пленку 6 и токовые аппликации на ней, создающие аннигилятор 7, доменопродвигающую структуру 8 ДПС с тремя диодами, компрессор 9 и генератор ЦМД 10. На пленке 6 расположен также пермаллоевый магнитный барьер 11 и магнитный триггер 12 из ферромагнитных и токовых аппликаций и самариевый магнит 13.
Подвижная часть преобразователя - задатчик 14, связанная с подвижной частью объекта 15, состоит из каретки 16 с постоянным магнитом 17, который формирует свой ЦМД 18, создаваемый им в пленке 6. Эти элементы - каретка 16, магнит 17 и ЦМД 18 составляют задатчик 14.
1
n
1
n
Электрическая схема и отдельные элементы электромагнитной части преобразователя перемещений представлена на фиг.2. Схема содержит следующие элементы: трехфазный генератор 19, ключевой элемент 20, счетчик импульсов 21, индикатор 22, доменопродвигающую структуру 8, компрессор 9, магнитный барьер 11, магнитный триггер 12, задатчик 14, аннигилятор 7, представляющий собой электрический контур, охватывающий магнитную пленку 6, ячейки доменопродвигающей структуры ДПС 23÷23, генератор цилиндрических магнитных доменов 10, ячейки компрессора 24÷24, шины «Пуск» 25 и «Пуск» 26, элемент ИЛИ 27, резисторы 28, 29 и 30, диоды 31, 32, и 33, задатчик 14 со своим цилиндрическим магнитным доменом ЦМД 18.
Магнитный барьер 11 расположен возле компрессора 9 и не позволяет ЦМД доменопродвигающей структуры 8 выйти из зоны компрессора. Первый, второй и третий выходы генератора 19 через ключевой элемент 20 подключены к соответствующим первым концам первого (28), второго (29) и третьего (30) резисторов, второй конец первого резистора 28 соединен через первую группу ячеек доменопродвигающей структуры 8 и через первый диод 31 и магнитный триггер 12 с общей точкой схемы, а также с первым входом элемента ИЛИ 27, второй вход которого подключен ко второму концу второго резистора 29 и через вторую группу ячеек доменопродвигающей структуры 8, через второй диод 32 и магнитный триггер 12 к общей точке схемы, второй конец третьего резистора 30 соединен с третьим входом схемы ИЛИ 27 и через третью группу ячеек доменопродвигающей структуры 8, через третий диод 33 и магнитный триггер 12 подключен к общей точке схемы, а первая шина "Пуск" 26 соединена с первым входом счетчика импульсов 21 и с первым концом аннигилятора 7, второй конец которого подключен к общей точке схемы, а вторая шина "Пуск" 25 соединена с четвертым входом ключа 20 и через генератор ЦМД 10 и компрессор 9 к общей точке схемы, а выход магнитного триггера 12 соединен с пятым входом ключевого элемента 20 и со вторым входом счетчика импульсов 21, третий вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ 27, а выход - к индикатору 22, причем четвертые выходы генератора 19 и ключевого элемента 20 соединены с общей точкой схемы.
Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом.
Задатчик размера 14 устанавливается на место измеряемой величины l x и подается двойной сигнал на шины 25, 26. Первая часть этого сигнала 26 подается на первый вход счетчика 21, осуществляя сброс результата предыдущего измерения, и на аннигилятор 7, полностью очищающий магнитоодноосную пленку 6 от цилиндрических магнитных доменов.
1
1
2
n
1
Вторая часть сигнала на шине 25 создает с помощью генератора ЦМД 10 цилиндрический магнитный домен 23 в первой ячейке ДПС, и с помощью ячеек 24, 24, …, 24 компрессора цилиндрические магнитные домены во всех ячейках компрессора. Помимо этого, этот сигнал поступает на четвертый вход ключа 20 и включает его. Сигналы трехфазного генератора импульсов 19 через ключ 20 и сопротивления 28, 29, 30 подаются на входы элемента ИЛИ 27, сигнал с выхода которого подается на третий вход счетчика 21. Эти же сигналы подают на доменопродвигающую структуру ДПС 8. Счетчик 21 начинает счет импульсов, а ЦМД первой ячейки ДПС 23 передвигается по остальным ячейкам; когда он проходит возле задатчика 14, то ЦМД задатчика 18 выталкивает его в компрессор 9, на выходе которого появляется ЦМД. Этот ЦМД поступает на вход магнитного триггера 12, где он расширяется и воздействует на магниторезистор, преобразующий магнитное поле домена в электрический сигнал выхода триггера 12. Сигнал выхода триггера 12 подается на второй вход счетчика импульсов 21, прекращая счет импульсов, результат которого подается на вход индикатора 22. На индикаторе 22 отображается результат измерения. Сигнал выхода триггера 12 подается также на пятый вход ключа 20, отключая генератор 19. Самариевый постоянный магнит 13 создает магнитное смещение в магнитоодноосной пленке 6, которое обеспечивает существование ЦМД.
Таким образом, на базе предлагаемых преобразователей можно создавать датчики малых и больших перемещений, датчики усилий, датчики динамографирования насосных установок нефтепромыслов, сейсмические датчики, датчики систем автоматического управления и другие.
Источники информации
1. А. Эшенфельдер. Физика и техника цилиндрических магнитных доменов. Изд-во «Мир», 1983.
2. Миловзоров. Электромагнитные устройства автоматики. Изд-во В.Ш., 1983.
3. Авторское свидетельство СССР № 842899, Кл. G08C 9/04, 1981.
4. А.Фридман, П. Менон. Теория и проектирование переключательных схем, изд-во "МИР", Москва, 1978.