индукционный датчик линейных перемещений

Формула изобретения

Индукционный датчик линейных перемещений, содержащий катушку с подвижным сердечником, выполненным из ферромагнитного материала, который соединен механически с контролируемым объектом, на каркасе из немагнитного материала обмотка возбуждения выполняется проводом при намотке виток к витку по всей длине рабочего хода датчика, при этом с подвижным сердечником датчика осуществляется постоянное потокосцепление на всем рабочем ходе, две измерительные обмотки, рядовые, выполняются проводом при намотке виток к витку поверх обмотки возбуждения и включены встречно, отличающийся тем, что в нем каждая из измерительных обмоток расположена на половине рабочего хода датчика и выполнена ступенчато, то есть каждый следующий ряд обмотки короче предыдущего на одинаковую величину, чем достигается высокая линейность выходной характеристики при больших значениях рабочего хода.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, в гидравлических системах летательных аппаратов, где требуется информация о перемещениях поршней гидроцилиндров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению прототипом является индуктивный датчик линейного перемещения, содержащий соосно расположенные возбуждающие и измерительную обмотки (см. Патент RU 31686 U1, опубл. 20.08.2003).

Недостатком известного устройства является небольшой рабочий ход и высокая нелинейность выходной характеристики при больших перемещениях штока с подвижным сердечником внутри катушки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Поставленная задача решается тем, что в заявленном индукционном датчике линейных перемещений, содержащем катушку с подвижным сердечником, выполненным из ферромагнитного материала, который соединен механически с контролируемым объектом, на каркасе из немагнитного материала обмотка возбуждения выполняется проводом при намотке виток к витку по всей длине рабочего хода датчика. При этом с подвижным сердечником датчика осуществляется постоянное потокосцепление на всем рабочем ходе. Две измерительные обмотки рядовые, выполняются проводом при намотке виток к витку поверх обмотки возбуждения и включены встречно (противофазно).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, из которого видно, что каждая измерительная обмотка располагается на половине длины рабочего хода датчика и выполняется ступенчато, то есть каждый следующий ряд обмотки короче предыдущего на одинаковую величину, чем достигается высокая линейность выходной характеристики при больших значениях рабочего хода. Порядок расположения обмоток поясняется чертежом, где показан общий вид датчика.

Индукционный датчик линейных перемещений содержит катушку, внутри которой помещен подвижный сердечник 1, выполненный из ферромагнитного материала, который соединен механически с контролируемым объектом, каркас из немагнитного материала, на котором расположена обмотка возбуждения 2, на клеммы которой подается напряжение переменного тока U_вx, две встречно включенные измерительные обмотки 3 и 4, с выводов которых снимается напряжение полезного сигнала U_вых. Координаты начала или окончания последующего ряда измерительной обмотки определяют высокую линейность выходной характеристики датчика, в то время как намотка всего ряда обмоток возбуждения и измерительных обмоток осуществляется с постоянным шагом виток к витку, что сравнительно легко достижимо технически.

Датчик работает следующим образом:

При подаче на клеммы обмотки возбуждения 2 напряжения переменного тока U_вx по ней начинает протекать переменный ток, который создает намагничивающее магнитное поле. Это магнитное поле усиливается подвижным сердечником 1 и концентрируется в пространстве, окружающем этот сердечник. Так как проекция подвижного сердечника 1 на обмотку возбуждения 2 пересекает постоянное количество витков обмотки возбуждения на всем рабочем ходе индукционного датчика линейных перемещений, то интенсивность магнитного поля в пространстве, окружающем подвижный сердечник 1, постоянна при постоянной амплитуде напряжения переменного тока U_вx . При этом следует отметить, что длина подвижного сердечника 1 может быть намного меньше, чем полный рабочий ход индукционного датчика линейных перемещений. Когда подвижный сердечник 1 находится в нулевом положении, то есть в середине обмотки возбуждения 2, наведенное магнитное поле подвижного сердечника 1 пересекает одинаковое количество витков измерительных обмоток 3 и 4, наводя в них одинаковые электродвижущие силы (ЭДС).

Так как выводы измерительных обмоток 3 и 4 включены встречно (противофазно), то на их выводах напряжение полезного сигнала U_вых равно нулю.

При смещении подвижного сердечника 1 вдоль катушки в любую из сторон на выводах измерительных обмоток 3 и 4 напряжение полезного сигнала U_вых будет иметь амплитуду, пропорциональную смещению подвижного сердечника 1 относительно нулевого положения, что является информацией о величине смещения. Фаза же напряжения полезного сигнала U_вых является информацией о направлении смещения подвижного сердечника 1 относительно нулевого положения. Измерительные обмотки 3 и 4 выполнены многорядными и ступенчатыми, что позволяет сохранять одинаковое приращение количества витков этих обмоток, пересекаемых магнитным полем подвижного сердечника 1 при его смещении на всем рабочем ходе индукционного датчика линейных перемещений, чем обеспечивается высокая линейность выходной характеристики.