RU132180U1

RU132180U1 - DEVICE FOR MEASURING ANGULAR MOVEMENTS

Info

Publication number: RU132180U1
Application number: RU2013106037/28U
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Поляков; Игорь Николаевич Степаненков; Дмитрий Александрович Виноградов
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2013-09-10

Abstract

Устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями венца, и постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами, отличающееся тем, что подвижный модуль выполнен составным и содержит дополнительное зубчатое колесо, установленное соосно с зубчатым колесом и жестко связанное с ним, дополнительный венец которого расположен в плоскости параллельной венцу зубчатого колеса, число зубьев в котором отличается на единицу от числа зубьев в дополнительном венце, магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного совокупного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и дополнительным венцом дополнительного зубчатого колеса и снабжен дополнительными магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями дополнительного венца, а на постоянном магните в плоскости венца и дополнительного венца установлены два магниточувствительных элемента и два дополнительных магниточувствительных элемента, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем, выполненным составным, при этом расстояния между магниточувствительными элементами и дополнительными магниточувствительными элементами одинаковы.A device for measuring angular displacements, including a movable module made in the form of a gear wheel mated to a user’s object, and a magnetic transducer that can remotely interact with the gear rim and is installed in the housing, inside of which there is a processing board connected to magnetically sensitive elements conjugated with crown teeth, and a permanent magnet located between the processing board and magnetically sensitive elements, characterized in that the movable mode l is made integral and contains an additional gear mounted coaxially with the gear and rigidly connected with it, the additional crown of which is located in a plane parallel to the gear rim, the number of teeth in which differs by one from the number of teeth in the additional ring, the magnetic transducer has the ability to remotely aggregate interaction with the gear rim and the additional rim of the additional gear and is equipped with additional magnetically sensitive elements coupled with the teeth of the additional crown, and two magnetically sensitive elements and two additional magnetically sensitive elements are installed on a permanent magnet in the plane of the crown and additional crown, respectively, when combined with a movable module made integral, the distances between the magnetically sensitive elements and additional magnetically sensitive elements are the same .

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для абсолютных измерений угловых перемещений объектов бесконтактным методом, например, зубчатых колес, в условиях повышенных механических и климатических нагрузок.The utility model relates to measuring technique and can be used for absolute measurements of the angular displacements of objects by the non-contact method, for example, gears, under conditions of increased mechanical and climatic loads.

Известно устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее корпус, датчик угла в виде магнитного энкодера, имеющий вал с опорой в виде подшипника скольжения, магнит и плату обработки, и зубчатое колесо, закрепленное на валу магнитного энкодера, RU №94332 U1, G01C 9/06, 20.05.2010.A device for determining the angular displacements of the platform of a lifting machine, comprising a housing, an angle sensor in the form of a magnetic encoder, having a shaft with a support in the form of a sliding bearing, a magnet and a processing board, and a gear wheel mounted on the shaft of the magnetic encoder, RU No. 94332 U1, G01C 9/06, 05/20/2010.

В известном устройстве отсутствует возможность считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса дистанционно и непосредственно с его венца.In the known device there is no possibility of reading information about the absolute angle of rotation of the gear wheel remotely and directly from its crown.

В известном устройстве последовательное расположение зубчатого колеса, магнита и платы обработки увеличивает его габариты вдоль оси вращения и снижает эксплуатационные возможности.In the known device, the sequential arrangement of the gear wheel, magnet and processing board increases its dimensions along the axis of rotation and reduces operational capabilities.

Известен датчик вращения зубчатого колеса, содержащий немагнитный корпус, магниточувствительный элемент на эффекте Холла, постоянный магнит в виде прямоугольного параллелепипеда, подвижный сердечник с резьбой, установленный соосно с магниточувствительным элементом, RU №84567 U1, G01B 7/14, G01B 7/30, G01P 1/02, G01P 3/488, 10.07.2009.A known gear rotation sensor comprising a non-magnetic housing, a Hall effect magnetically sensitive element, a rectangular parallelepiped permanent magnet, a threaded movable core mounted coaxially with the magnetically sensitive element, RU No. 84567 U1, G01B 7/14, G01B 7/30, G01P 1/02, G01P 3/488, 07/10/2009.

Известное устройство не обеспечивает возможности считывания информации об абсолютном угле поворота зубчатого колеса, так как в его конструкции имеется только один магниточувствительный элемент, что снижает функциональные возможности датчика.The known device does not provide the ability to read information about the absolute angle of rotation of the gear wheel, since in its design there is only one magnetically sensitive element, which reduces the functionality of the sensor.

Известен преобразователь угла поворота вала в последовательность электрических импульсов, включающий подвижный модуль в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь с магниторезистивными элементами, расположенный в корпусе и имеющий возможность дистанционного (бесконтактного) взаимодействия с венцом зубчатого колеса, RU №80550 U1, G01B 7/00, 10.02.2009.A known converter of the angle of rotation of the shaft into a sequence of electrical pulses, including a movable module in the form of a gear coupled to the user’s object, and a magnetic converter with magnetoresistive elements located in the housing and having remote (non-contact) interaction with the ring gear, RU No. 80550 U1 G01B 7/00 02/10/2009.

Известное устройство не позволяет определять абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса.The known device does not allow to determine the absolute values of the angle of rotation of the gear.

Электронный блок в известном устройстве расположен отдельно по отношению к магниторезистивным элементам, что увеличивает габариты конструкции и усложняет их электрическое соединение.The electronic unit in the known device is located separately with respect to the magnetoresistive elements, which increases the dimensions of the structure and complicates their electrical connection.

Известно устройство для измерения угловых перемещений, включающее подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя, и магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе, внутри которого размещены плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с венцом, и постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами, RU №104693, U1, G01B 7/00, 20.05.2011.A device for measuring angular displacements is known, including a movable module made in the form of a gear wheel mated to a user’s object and a magnetic transducer that can remotely interact with the gear rim and is installed in the housing, inside of which there is a processing board connected to magnetically sensitive elements, conjugated with a crown, and a permanent magnet located between the processing board and magnetically sensitive elements, RU No. 104693, U1, G01B 7/00, 05/20/2011.

Данное техническое решение принято за ближайший аналог настоящей полезной модели.This technical solution is taken as the closest analogue of this utility model.

Устройство ближайшего аналога обладает простой конструкцией и используется в жестких климатических и механических условиях эксплуатации.The device of the closest analogue has a simple design and is used in harsh climatic and mechanical conditions.

В ближайшем аналоге магниточувствительные элементы расположены параллельно венцу зубчатого колеса и выполнены по отношению к венцу со смещением на величину равнуюIn the closest analogue, the magnetically sensitive elements are parallel to the rim of the gear wheel and are made with respect to the rim with an offset equal to

р·(1/4+n),p · (1/4 + n),

где р - шаг зубьев венца,where p is the pitch of the teeth of the crown,

n - число зубьев (целое).n is the number of teeth (integer).

Однако ближайший аналог не имеет возможности определения абсолютных значений угла поворота зубчатого колеса, а это снижает его функциональные и эксплуатационные возможности особенно при прерывании сетевого питания устройства, когда происходит сбой значений угла поворота.However, the closest analogue does not have the ability to determine the absolute values of the angle of rotation of the gear wheel, and this reduces its functional and operational capabilities, especially when the mains power supply is interrupted when the rotation angle fails.

Кроме того, в ближайшем аналоге каждый магниточувствительный элемент установлен на собственном магните, что увеличивает число деталей, усложняет ориентацию и установку магнитов на плату обработки, усложняет сборку и снижает технологические возможности.In addition, in the closest analogue, each magnetically sensitive element is mounted on its own magnet, which increases the number of parts, complicates the orientation and installation of magnets on the processing board, complicates assembly and reduces technological capabilities.

В основу настоящей полезной модели положено решение задачи, позволяющей расширить функциональность устройства, повысить эксплуатационные и технологические возможности.The basis of this utility model is the solution to a problem that allows you to expand the functionality of the device, increase operational and technological capabilities.

Технический результат настоящей полезной модели заключается в обеспечении измерений абсолютных значений угла поворота подвижного модуля за счет выполнения подвижного модуля составным и снабжения магнитного преобразователя магниточувствительными элементами, сопряженными с составным подвижным модулем.The technical result of this utility model is to provide measurements of the absolute values of the angle of rotation of the movable module by making the movable module composite and supplying the magnetic transducer with magnetically sensitive elements coupled to the composite movable module.

Согласно полезной модели эта задача решается за счет того, что устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль, выполненный в виде зубчатого колеса, сопряженного с объектом пользователя.According to a utility model, this problem is solved due to the fact that the device for measuring angular displacements includes a movable module made in the form of a gear coupled to a user object.

Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь, имеющий возможность дистанционного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и установленный в корпусе.A device for measuring angular displacements includes a magnetic transducer having the ability to remotely interact with the ring gear and mounted in the housing.

Внутри корпуса размещена плата обработки, соединенная с магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями венца.Inside the housing there is a processing board connected to magnetically sensitive elements mated to the teeth of the crown.

Внутри корпуса размещен постоянный магнит, расположенный между платой обработки и магниточувствительными элементами.Inside the housing there is a permanent magnet located between the processing board and magnetically sensitive elements.

Подвижный модуль выполнен составным и содержит дополнительное зубчатое колесо, установленное соосно с зубчатым колесом и жестко связанное с ним.The movable module is made integral and contains an additional gear wheel mounted coaxially with the gear wheel and rigidly connected with it.

Дополнительный венец дополнительного зубчатого колеса расположен в плоскости параллельной венцу зубчатого колеса.The additional rim of the additional gear is located in a plane parallel to the rim of the gear.

Число зубьев в венце отличается на единицу от числа зубьев в дополнительном венце.The number of teeth in the crown differs by one from the number of teeth in the additional crown.

Магнитный преобразователь имеет возможность дистанционного совокупного взаимодействия с венцом зубчатого колеса и дополнительным венцом дополнительного зубчатого колеса.The magnetic transducer has the ability to remote cumulative interaction with the rim of the gear wheel and the additional rim of the additional gear.

Магнитный преобразователь снабжен дополнительными магниточувствительными элементами, сопряженными с зубьями дополнительного венца.The magnetic transducer is equipped with additional magnetically sensitive elements associated with the teeth of the additional crown.

На постоянном магните в плоскости венца и дополнительного венца, установлены два магниточувствительных элемента и два дополнительных магниточувствительных элемента, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем, выполненным составным.On a permanent magnet in the plane of the crown and the additional crown, two magnetically sensitive elements and two additional magnetically sensitive elements are installed, respectively, when combined with a movable module made integral.

При этом расстояния между магниточувствительными элементами и дополнительными магниточувствительными элементами одинаковы.The distances between the magnetically sensitive elements and additional magnetically sensitive elements are the same.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящей полезной модели, что позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to this utility model, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изображены:The essence of the utility model is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - Устройство для измерения угловых перемещений, разрез;figure 1 - Device for measuring angular displacements, section;

на фиг.2 - Разрез А-А на фиг.1;figure 2 - Section aa in figure 1;

на фиг.3 - Разрез Б-Б на фиг.1.figure 3 - Section BB in figure 1.

Устройство для измерения угловых перемещений содержит:A device for measuring angular displacements contains:

Подвижный модуль - составной - 1.Mobile module - composite - 1.

Зубчатое колесо (модуля 1) - 2,Gear wheel (module 1) - 2,

венец (колеса 2) - 3,crown (wheels 2) - 3,

зубья (венца 3) - 4.teeth (crown 3) - 4.

Дополнительное зубчатое колесо (модуля 1) - 5,Additional gear wheel (module 1) - 5,

дополнительный венец (колеса 5) - 6,additional crown (wheels 5) - 6,

зубья (венца 6) - 7.teeth (crown 6) - 7.

Магнитный преобразователь - 8,Magnetic Converter - 8,

корпус (преобразователя 8) - 9,case (converter 8) - 9,

плату обработки (в корпусе 9) - 10,processing board (in case 9) - 10,

магниточувствительные элементы (сопряженные с зубьями 4) - 11,magnetosensitive elements (conjugated with teeth 4) - 11,

дополнительные магниточувствительные элементы (сопряженные с зубьями 7) - 12,additional magnetosensitive elements (conjugated with teeth 7) - 12,

постоянный магнит (между платой 10 и элементами 11, 12) - 13.permanent magnet (between the board 10 and the elements 11, 12) - 13.

Устройство для измерения угловых перемещений включает подвижный модуль 1 и магнитный преобразователь 8.A device for measuring angular displacements includes a movable module 1 and a magnetic transducer 8.

Составной подвижный модуль 1 содержит зубчатое колесо 2 и дополнительное зубчатое колесо 5.The composite movable module 1 comprises a gear 2 and an additional gear 5.

Магнитный преобразователь 8 имеет возможность дистанционного, совокупного взаимодействия с венцом 3 зубчатого колеса 2 и дополнительным венцом 6 дополнительного зубчатого колеса 5.The magnetic transducer 8 has the ability to remote, aggregate interaction with the rim 3 of the gear 2 and the additional rim 6 of the additional gear 5.

Дополнительное зубчатое колесо 5 установлено соосно с зубчатым колесом 2 и жестко связанно с ним.Additional gear 5 is mounted coaxially with gear 2 and is rigidly connected with it.

Дополнительный венец 6 дополнительного зубчатого колеса 5 расположен в плоскости параллельной венцу 3 зубчатого колеса 2.An additional crown 6 of the additional gear 5 is located in a plane parallel to the crown 3 of the gear 2.

Число зубьев 4 в венце 3 отличается на единицу от числа зубьев 7 в дополнительном венце 6.The number of teeth 4 in crown 3 differs by one from the number of teeth 7 in additional crown 6.

Устройство для измерения угловых перемещений включает магнитный преобразователь 8, установленный в корпусе 9.A device for measuring angular displacements includes a magnetic transducer 8 installed in the housing 9.

Внутри корпуса 9 размещена плата обработки 10, соединенная с двумя магниточувствительными элементами 11 и двумя дополнительными магниточувствительными элементами 12, которые сопряжены с зубьями 4 венца 3 и зубьями 7 дополнительного венца 6, соответственно.Inside the housing 9 there is a processing board 10 connected to two magnetically sensitive elements 11 and two additional magnetically sensitive elements 12, which are coupled to the teeth 4 of the crown 3 and the teeth 7 of the additional crown 6, respectively.

Магниточувствительные элементы 11 и дополнительные магниточувствительные элементы 12 смещены друг относительно друга наThe magnetosensitive elements 11 and additional magnetosensitive elements 12 are offset from each other by

величину равнуюequal to

р·(1/4+n),p · (1/4 + n),

n - число зубьев (целое).n is the number of teeth (integer).

Плата обработки 10 содержит электроэлементы (показаны условно), участвующие в обработке электрических сигналов, идущих с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 (микроконтроллер, резисторы, конденсаторы).The processing board 10 contains electrical elements (conventionally shown) involved in the processing of electrical signals coming from magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 (microcontroller, resistors, capacitors).

Внутри корпуса 9 размещен постоянный магнит 13, расположенный между платой обработки 10 и магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12.Inside the housing 9 there is a permanent magnet 13 located between the processing board 10 and the magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12.

На постоянном магните 13 в плоскости венца 3 и дополнительного венца 6, установлены два магниточувствительных элемента 11 и два дополнительных магниточувствительных элемента 12, соответственно, при совокупном сопряжении с подвижным модулем 1, выполненным составным.On the permanent magnet 13 in the plane of the crown 3 and the additional crown 6, two magnetically sensitive elements 11 and two additional magnetically sensitive elements 12 are installed, respectively, when combined with the movable module 1, made composite.

Расстояния между магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12 одинаковы.The distances between the magnetically sensitive elements 11 and the additional magnetically sensitive elements 12 are the same.

Каждый из магниточувствительных элементов 11 и 12 представляет собой специальную микросхему прямоугольной формы (например, 2SA-10 фирмы Sentron AG), в которой используется эффект Холла.Each of the magnetically sensitive elements 11 and 12 is a special rectangular chip (for example, 2SA-10 from Sentron AG), which uses the Hall effect.

Устройство для измерения угловых перемещений осуществляет измерения следующим образом.A device for measuring angular displacements carries out measurements as follows.

При вращении зубчатого колеса 2 подвижного модуля 1 с зубчатым венцом 3 изменяется плотность магнитного потока в зоне магниточувствительных элементов 11, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах магниточувствительных элементов 11 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу зубьев 4 на венце 3.When the gear wheel 2 of the movable module 1 with the ring gear 3 is rotated, the magnetic flux density in the area of the magnetically sensitive elements 11 changes, which leads to the appearance of modulated signals at the outputs of the magnetically sensitive elements 11 that are close in shape to sinusoidal and offset by a quarter of the period, with the number of periods per revolution equal to the number of teeth 4 on the crown 3.

При вращении дополнительного зубчатого колеса 5 подвижного модуля 1 с дополнительным венцом 6 изменяется плотность магнитного потока в зоне дополнительных магниточувствительных элементов 12, что приводит к появлению модулированных сигналов на выходах дополнительных магниточувствительных элементов 12 близких по форме к синусоидальным и смещенных относительно друг друга на четверть периода, с числом периодов на оборот равным числу зубьев 7 на дополнительном венце 6.When the additional gear 5 of the movable module 1 with the additional crown 6 is rotated, the magnetic flux density in the area of the additional magnetosensitive elements 12 changes, which leads to the appearance of modulated signals at the outputs of the additional magnetosensitive elements 12 that are close in shape to sinusoidal and offset by a quarter of the period, with the number of periods per revolution equal to the number of teeth 7 on the additional crown 6.

Электрические сигналы, идущие с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 обрабатываются и преобразуются в нужный формат платой обработки 10.Electrical signals coming from the magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 are processed and converted into the desired format by the processing board 10.

При обработке сигналов в плате обработки 10 фазы сигналов, поступающих с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12, будут близки к совпадению только один раз за оборот.When processing signals in the processing board 10, the phases of the signals coming from the magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 will be close to coincidence only once per revolution.

По соотношению фаз сигналов с магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 определяют абсолютное значение угла поворота подвижного модуля 1.The ratio of the phases of the signals from the magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 determine the absolute value of the angle of rotation of the movable module 1.

Выполнение устройства для измерения угловых перемещений с подвижным модулем, выполненным составным с зубчатым колесом 2 и дополнительным зубчатым колесом 5, и магнитным преобразователем 8 с магниточувствительными элементами 11 и дополнительными магниточувствительными элементами 12 позволяет определить абсолютное угловое положение подвижного модуля 1, что расширяет функциональность устройства.The implementation of the device for measuring angular displacements with a movable module made integral with gear 2 and an additional gear 5, and a magnetic transducer 8 with magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 allows you to determine the absolute angular position of the movable module 1, which extends the functionality of the device.

Возможность определения абсолютного значения угла поворота повышает эксплуатационные возможности устройства при измерении угловых перемещений в жестких условиях механических и климатических воздействий.The ability to determine the absolute value of the angle of rotation increases the operational capabilities of the device when measuring angular displacements in harsh conditions of mechanical and climatic influences.

Выполнение дополнительного зубчатого колеса 5 с венцом 6, отличающимся на один зуб от венца 3 зубчатого колеса 2, обеспечивает изготовление венцов 6 и 3 с одинаковым модулем зубчатого колеса, что упрощает изготовление подвижного модуля 1 и повышает технологические возможности при изготовлении устройства.The implementation of the additional gear 5 with the rim 6, which differs by one tooth from the rim 3 of the gear 2, provides the manufacture of rims 6 and 3 with the same gear module, which simplifies the manufacture of the movable module 1 and increases the technological capabilities in the manufacture of the device.

Размещение магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 на одинаковом расстоянии позволяет упростить сборку и настройку преобразователя, что повышает технологические возможности.Placing magneto-sensitive elements 11 and additional magneto-sensitive elements 12 at the same distance makes it easier to assemble and configure the converter, which increases technological capabilities.

Выполнение магнитного преобразователя 8 с постоянным магнитом 13 обеспечивает однородное магнитное поле для магниточувствительных элементов 11 и дополнительных магниточувствительных элементов 12 и позволяет упростить настройку электрической схемы преобразователя, что повышает эксплуатационные возможности.The implementation of the magnetic transducer 8 with a permanent magnet 13 provides a uniform magnetic field for the magnetically sensitive elements 11 and additional magnetically sensitive elements 12 and allows you to simplify the configuration of the electrical circuit of the Converter, which increases operational capabilities.

Предложенное устройство для измерения угловых перемещений изготовлено промышленным способом в ОАО «СКБ ИС», и проведенные испытания опытной партии, обусловливают, по мнению заявителя, его соответствие критерию «промышленная применимость».The proposed device for measuring angular displacements is manufactured industrially at OJSC SKB IS, and the tests of the experimental batch determine, according to the applicant, its compliance with the criterion of "industrial applicability".

Claims

A device for measuring angular displacements, including a movable module made in the form of a gear wheel mated to a user’s object, and a magnetic transducer that can remotely interact with the gear rim and is installed in the housing, inside of which there is a processing board connected to magnetically sensitive elements conjugated with crown teeth, and a permanent magnet located between the processing board and magnetically sensitive elements, characterized in that the movable mode l is made integral and contains an additional gear mounted coaxially with the gear and rigidly connected with it, the additional crown of which is located in a plane parallel to the gear rim, the number of teeth in which differs by one from the number of teeth in the additional ring, the magnetic transducer has the ability to remotely aggregate interaction with the gear rim and the additional rim of the additional gear and is equipped with additional magnetically sensitive elements coupled with the teeth of the additional crown, and two magnetically sensitive elements and two additional magnetically sensitive elements are installed on a permanent magnet in the plane of the crown and additional crown, respectively, when combined with a movable module made integral, the distances between the magnetically sensitive elements and additional magnetically sensitive elements are the same .