Индуктивный датчик положения

Полезная модель относится к области измерительной техники, и может быть использовано для автоматизации производственных процессов в машиностроении, а также для контроля положения металлических устройств, изделий, или исполнительных органов технологического оборудования без механического контакта с ними.
Известен датчик положения, представленный в патенте РФ №1418778, G06M 3/00 «Датчик устройства для счета мелких деталей».
Данный датчик содержит генератор переменного напряжения с катушкой индуктивности, выход которого через пороговый элемент соединен с входом усилителя, стабилитрон и резистор, первый вывод которого подключен к первой шине питания и к первому выводу питания усилителя, второй вывод резистора соединен с анодом стабилитрона и с первыми выводами питания генератора переменного напряжения и порогового элемента, а катод стабилитрона и вторые выводы питания генератора переменного напряжения, порогового элемента и усилителя  подключены к второй шине питания, при этом датчик содержит также конденсатор, диэлектрическую прокладку и металлическую обкладку,  которая через конденсатор соединена с вторым выводом резистора, а металлическая обкладка расположена по окружности чашки ферритового сердечника  через диэлектрическую прокладку, причем торцовые части чашки ферритового сердечника.
Недостатком данного датчика является невысокая дальность действия, обычно не превышающая половины диаметра чашки ферритового сердечника.
Известен индуктивный датчик положения, представленный в патенте РФ №195552, G01B 7/00, и выбранный в качестве прототипа.
Данный индуктивный датчик положения содержит чувствительный элемент, из катушки индуктивности и сердечника, связанный с генератором, управляемым напряжением, поступающим с цифроаналогового преобразователя (ЦАП), который задает напряжение, зависящее от кода, поступающего на него от микроконтроллера, при этом микроконтроллер, с помощью имеющегося в нем вычислителя, вычисляет код по сигналу от датчика температуры согласно внесенной в его запоминающее устройство таблице или формуле. Микроконтроллер также принимает цифровой сигнал от аналого-цифрового преобразователя (АЦП), и выдает рассчитанный сигнал на выходное устройство.
Недостатками данного индуктивного датчика положения являются отсутствие реализации защиты выходного устройства от перегрузки и короткого замыкания, а также отсутствие учета влияния напряжения питания на расстояние срабатывания.
Целью полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей индуктивного датчика положения, а именно увеличение дальности его действия, при одновременном обеспечении защиты выходного устройства от перегрузки и короткого замыкания.
Техническим результатом данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей за счет увеличения дальности действия индуктивного датчика положения.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что индуктивный датчик положения, содержащий чувствительный элемент в виде сердечника и катушки индуктивности, связанной с   генератором переменного напряжения, который подключен через первый АЦП к первому входу вычислителя, ко второму входу которого подключен датчик температуры, а выход вычислителя подключен к выходному устройству, содержит датчик уровня напряжения питания, связанный с источником питания, второй АЦП, пороговый элемент и датчик тока выходного устройства, выход  которого подключен через пороговый элемент к четвертому входу вычислителя, к третьему входу которого подключен датчик уровня напряжения питания, при этом вход второго АЦП подключен к выходу датчика температуры, а выход второго АЦП подключен ко второму входу вычислителя.
Желательно, чтобы в индуктивном датчике положения, в качестве вычислителя, использовали микроконтроллер.
Предпочтительно, чтобы в индуктивном датчике положения микроконтроллер был выполнен с возможностью размещения в нем встроенного датчика температуры, первого и второго АЦП, порогового элемента и датчика уровня напряжения питания.
Целесообразно, чтобы в индуктивном датчике положения катушка индуктивности была размещена в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, включенного в колебательный контур генератора переменного напряжения.
Для более подробного раскрытия полезной модели далее приводится описание конкретных возможных вариантов ее выполнения с соответствующим чертежом.
Фиг.1 – функциональная схема индуктивного датчика положения.
Заявляемый индуктивный датчик положения, в предпочтительном варианте его выполнения, содержит чувствительный элемент (сенсор) 1, выполненный в виде катушки индуктивности, помещенной в кольцевом пазу открытого торца ферритового сердечника, включенной в колебательный контур генератора 2 переменного напряжения, который подключен через первый АЦП 3 к первому входу вычислителя 4, в качестве которого может использоваться микроконтроллер (Фиг. 1). Ко второму входу вычислителя 4 подключен датчик температуры 5, который через второй АЦП 6 подключен ко второму входу вычислителя 4, третий вход которого подключен к датчику уровня напряжения питания 7, а выход вычислителя 4 подключен ко входу выходного устройства 8, которое содержит датчик тока 9, подключенный через пороговый элемент 10 к четвертому входу вычислителя 4, а датчик уровня напряжения питания 7 подключен к источнику питания 11.
Индуктивный датчик положения работает следующим образом.
При подаче напряжения питания на индуктивный датчик, на входы вычислителя 4 подаются сигналы с датчика тока 9, датчика температуры 5, генератора 2, и датчика уровня напряжения питания 7. В первый момент вычислитель 4 анализирует сигнал с датчика тока 9 выходного устройства 8, прошедшего через пороговое устройство 10. Если ток превышает заданный уровень, то срабатывает пороговое устройство 10 и вычислитель 4 отключает выходное устройство 8, предохраняя его тем самым от выхода из строя. Если ток через выходное устройство 8 не превышает заданный уровень, то индуктивный датчик положения переходит в рабочее состояние и вычислитель 4 воспринимает сигналы от генератора 2 через первый АЦП 3, от датчика температуры 5 через второй АЦП 6, от датчика уровня напряжения питания 7, сравнивает их с данными таблиц или формул, находящихся в памяти вычислителя 4, и исходя из результата данного сравнения вырабатывает сигнал на изменение состояния выходного устройства 8.
В исходном состоянии, при отсутствии металла в чувствительной зоне индуктивного датчика положения, генератор 2 потребляет определенный ток, соответствующий данному состоянию. При появлении, в чувствительной зоне индуктивного датчика положения, объекта воздействия из любого металла, изменяются свойства чувствительного элемента 1, от чего меняется сигнал с генератора 2. Это изменение через первый АЦП 3, в виде цифрового сигнала поступает на первый вход вычислителя 4, на второй вход которого подается сигнал с датчика температуры 5 через второй АЦП 6. На третий вход вычислителя 4 подается сигнал напряжения питания от датчика уровня напряжения питания 7. В вычислителе 4 цифровые данные с данных трех входов сравниваются с табличными данными соответствия данных сигналов, находящихся в памяти вычислителя 4, и по результату данного сравнения вычислителем 4 вырабатывается управляющий сигнал на изменение состояния выходного устройства 8. В случае появления сигнала о превышении заданного уровня тока с порогового устройства 10, вычислитель 4 выключает выходное устройство 8, предохраняя индуктивный датчик положения от выхода из строя.
Таким образом, в заявляемом индуктивном датчике положения, благодаря обработке сигналов от трех источников, с генератора 2, датчика температуры 5, и датчика уровня напряжения питания 7, используемых для определения дальности действия, удалось значительно увеличить дальность действия датчика положения, более чем на 50% по сравнению со стандартными значениями, что значительно расширяет его эксплуатационные возможности.
Также, за счет использования сигнала от датчика тока 9 выходного устройства 8, прошедшего пороговый элемент 10 удалось обеспечить защиту индуктивного датчика положения от перегрузок, короткого замыкания, что обеспечило также повышение его надежности.
Как очевидно специалистам в данной области техники, данную полезную модель легко разработать в других конкретных формах, не выходя при этом за рамки сущности данной полезной модели.
При этом настоящие варианты осуществления необходимо считать просто иллюстративными, а не ограничивающими, причем объем полезной модели представлен ее формулой, и предполагается, что в нее включены все возможные изменения и область эквивалентности пунктам формулы данной полезной модели.