RU2071594C1 - Device for digital indication of linear translation - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device for digital indication of linear translation has permanent magnet coupled to examined object, indication unit incorporating indication lamps of junior and senior positions and magnetosensitive elements placed with certain spacing in direction of linear translation of permanent magnet with displaced particular hysteresis loop and instrument windings embracing them. Permanent magnet is anchored perpendicular to rotation axis of object which may be parallel or perpendicular to direction of its linear translation. EFFECT: enhanced functional reliability and efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики и измерительной техники и может быть использовано в робототехнических системах и комплексах, в частности для индикации движения полых цилиндрических объектов, индикации расхода и уровня воды и т.д. The invention relates to the field of automation and measurement technology and can be used in robotic systems and complexes, in particular for indicating the movement of hollow cylindrical objects, indicating flow rate and water level, etc.

Известен преобразователь угловой скорости [1] который содержит ротор с постоянными магнитами с чередующейся полярностью и расположенную напротив ротора двухсекционную катушку, в одной из дифференциально соединенных секций которой расположена проволока Виганда. Это устройство вырабатывает при отсутствии источника питания импульсы одинаковой величины, частота следования которых пропорциональна частоте вращения ротора. Однако оно не позволяет одновременно измерять линейное перемещение вращающегося объекта и производить индикацию движения объекта. Known angular velocity transducer [1] which contains a rotor with permanent magnets with alternating polarity and a two-section coil located opposite the rotor, in one of the differentially connected sections of which is the Wiegand wire. This device generates pulses of the same magnitude in the absence of a power source, the repetition rate of which is proportional to the rotor speed. However, it does not allow to simultaneously measure the linear movement of a rotating object and produce an indication of the movement of the object.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для цифровой индикации линейных перемещений [2] содержащее постоянный магнит, связываемый с объектом перемещения; блок индикации, имеющий индикаторные лампы младшего и старшего разрядов, соединенные с одним из полюсов источника питания; герконы с замыкающими контактами, размещенные с определенным шагом по пути перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по десять посредством соединения их односторонних выводов между собой и с соответствующей по номеру индикаторной лампой старшего разряда; герконы с переключающими контактами, расположенные попарно в одной перпендикулярной движению магнита плоскости с герконами с замыкающими контактами, соединенные с их свободными выводами и с соответствующей по номеру индикаторной лампой младшего разряда своими нормально разомкнутыми контактами, а своими нормально замкнутыми контактами включенные последовательно и соединенные с другим полюсом источника питания. The closest in technical essence to the proposed solution is a device for digital indication of linear movements [2] containing a permanent magnet associated with the object of movement; an indication unit having indicator lamps of the junior and senior categories connected to one of the poles of the power source; reed switches with make contacts, placed with a certain step along the path of moving the permanent magnet and combined into groups of ten by connecting their one-sided outputs to each other and with the corresponding indicator lamp of the highest category; reed switches with switching contacts, located in pairs in the same plane perpendicular to the magnet movement with reed switches with closing contacts, connected to their free terminals and the corresponding low-level indicator lamp with their normally open contacts, and their normally closed contacts connected in series and connected to another pole power source.

Недостатками этого устройства являются невозможность измерения и индикации одновременно вместе с линейным перемещением угловой скорости вращения объекта из-за конструктивных особенностей; низкая надежность из-за наличия в устройстве многочисленных контактных систем (герконов); необходимость наличия в блоке индикации источника питания для индикаторных ламп из-за конструктивных особенностей. The disadvantages of this device are the inability to measure and display simultaneously with the linear movement of the angular velocity of rotation of the object due to design features; low reliability due to the presence in the device of numerous contact systems (reed switches); the need for a power source for indicator lamps in the display unit due to design features.

Целью изобретения являются расширение функциональных возможностей устройства, повышение надежности и исключение энергопотребления. The aim of the invention is to expand the functionality of the device, improving reliability and eliminating power consumption.

Указанная цель достигается за счет того, что в известном устройстве, содержащем постоянный магнит, связанный с исследуемым объектом, блок индикации, включающий индикаторы младшего и старшего разрядов, одни из выводов которых соединены между собой, магниточувствительные элементы, размещенные с определенным шагом в направлении линейного перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по десять, постоянный магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, параллельной или перпендикулярной направлению его линейного перемещения, а магниточувствительные элементы выполнены в виде одинаковых элементов со смещенной частной петлей гистерезиса и охватывающих их измерительных обмоток, причем оси этих элементов расположены перпендикулярно плоскости линейного перемещения магнита с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита, одни выводы измерительных обмоток в каждой группе соединены с соответствующими по номеру индикаторами младшего разряда, а другие выводы обмоток в каждой группе соединены между собой и соответствующими по номеру индикаторами старшего разряда, а в качестве индикаторов младшего разряда используют светодиоды или лампы с диодами. This goal is achieved due to the fact that in the known device containing a permanent magnet associated with the test object, the display unit, including indicators of the least significant and senior bits, one of the conclusions of which are interconnected, magnetically sensitive elements placed with a certain step in the direction of linear movement permanent magnet and combined into groups of ten, the permanent magnet is mounted to rotate about an axis parallel or perpendicular to the direction of its linear ne displacements, and magnetosensitive elements are made in the form of identical elements with a displaced private hysteresis loop and measuring windings surrounding them, the axes of these elements being perpendicular to the plane of linear movement of the magnet with a step equal to the distance between the boundaries of the zone of action of the permanent magnet on them, some conclusions of the measuring windings in each group are connected to the corresponding indicators of the lowest category by number, and the other terminals of the windings in each group are interconnected and correspond indicators of the highest category by number, and LEDs or lamps with diodes are used as indicators of the lowest category.

Благодаря тому, что наряду с линейным перемещением вдоль пути распределения магнитоимпульсных элементов происходит вращение постоянного магнита, связанного с исследуемым объектом перпендикулярно оси его вращения, в предлагаемом устройстве выходной сигнал периодически изменяется с частотой, пропорциональной угловой скорости вращения объекта, что расширяет функциональные возможности устройства. Благодаря использованию в качестве магниточувствительных элементов со смещенной частной петлей гистерезиса (элементов СЧПГ), расположенных с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них магнита, а также охватывающих эти элементы измерительных обмоток, соединенных по предложенной схеме с блоком индикации, данное устройство позволяет исключить из схемы контактные системы, а также позволяет генерировать в измерительных обмотках электрические импульсы с малой длительностью (менее 20 мкс) и большой амплитудой (от 2 мВ до 20 В) при отсутствии блока питания, что способствует повышению надежности устройства и исключению энергопотребления. Due to the fact that along with a linear movement along the distribution path of the magnetic pulse elements, a permanent magnet rotates, connected with the object being studied perpendicular to the axis of its rotation, in the proposed device, the output signal periodically changes with a frequency proportional to the angular velocity of rotation of the object, which extends the functionality of the device. Due to the use of magnetically sensitive elements with a displaced private hysteresis loop (elements of the control system) located at a step equal to the distance between the boundaries of the zone of action of the magnet on them, as well as the measuring windings connected to these elements connected to the display unit by the proposed scheme, this device eliminates contact systems from the circuit, and also allows generating electrical pulses in the measuring windings with a short duration (less than 20 μs) and a large amplitude (from 2 mV to 20 V ) in the absence of a power supply, which improves the reliability of the device and eliminates power consumption.

На фиг.1 схематически изображена конструкция устройства индикации линейного перемещения без блока индикации; на фиг.2 смещенная частная петля гистерезиса элемента СЧПГ; на фиг.3 измерительная схема устройства, включающая измерительные обмотки и блок индикации. Figure 1 schematically shows the design of a device for indicating linear displacement without a display unit; figure 2 offset partial hysteresis loop element of the FNG; figure 3 measuring circuit of the device, including measuring windings and a display unit.

Устройство содержит постоянный магнит 1 (см. фиг.1), закрепленный перпендикулярно к оси вращения исследуемого объекта (на чертеже не показан), которая может быть как параллельной, так и перпендикулярной направлению линейного перемещения (на фиг.1 показаны оба случая). Одинаковые элементы со смещенной частной петлей гистерезиса 2 размещены в направлении линейного перемещения объекта осями перпендикулярно плоскости этого перемещения с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита 1 и подобранным в соответствии с параметрами магнита 1 расстоянием до него и параметрами срабатывания элемента СЧПГ 2. Блок индикации включает индикаторные лампы 6 старшего разряда (ИЛСР), одни из выводов которых соединены между собой, индикаторные лампы 5 младшего разряда (ИЛМР) с диодами 4, причем вместо ИЛМР и диодов могут использоваться светодиоды. The device comprises a permanent magnet 1 (see FIG. 1) fixed perpendicular to the axis of rotation of the object under study (not shown in the drawing), which can be either parallel or perpendicular to the direction of linear movement (both cases are shown in FIG. 1). Identical elements with a displaced private hysteresis loop 2 are placed in the direction of linear displacement of the object by the axes perpendicular to the plane of this displacement with a step equal to the distance between the boundaries of the zone of action of the permanent magnet 1 on them and the distance to it selected in accordance with the parameters of magnet 1 and the response parameters of the control element 2 The indication unit includes indicator lamps 6 of the highest category (ILSR), one of the terminals of which are interconnected, indicator lamps 5 of the lowest category (ILMR) with diodes 4, p Instead, LEDs can be used instead of ILMR and diodes.

Элементы СЧПГ 2 пронумерованы латинскими цифрами в направлении линейного перемещения объекта в порядке возрастания и объединены в группы по десять (на фиг.1 показана неполная группа из шести элементов). The elements of the control system 2 are numbered in Latin numbers in the direction of linear movement of the object in ascending order and are combined into groups of ten (Fig. 1 shows an incomplete group of six elements).

Одни из выводов измерительных обмоток 3, соответствующих определенной группе элементов 2, соединены между собой в общую точку (на фиг.1 участок В-В), выведенную к соответствующей по номеру ИЛСР 6, а другие выводы обмоток 3 в каждой группе соединены через диоды 4 с соответствующими по номеру ИЛМР 5. One of the conclusions of the measuring windings 3, corresponding to a certain group of elements 2, are interconnected to a common point (in Fig. 1, section B-B), which is output to the corresponding ILSR number 6, and the other conclusions of the windings 3 in each group are connected through diodes 4 with the corresponding number ILMR 5.

Все известные элементы СЧПГ 2 характеризуются прямоугольной частной петлей гистерезиса (см. фиг. 2, где по осям обозначено H_e внешнее магнитное поле, Ф суммарный магнитный поток элемента СЧПГ 2, которая соответствует перемагничиванию магнитомягкой части образца и смещена частично (как показано на фиг.2) или полностью в 1-й квадрант за счет действия размагничивающего поля элемента 2.All known elements of the FGPG 2 are characterized by a rectangular partial hysteresis loop (see Fig. 2, where the external magnetic field H _{e is} indicated by the axes, Ф is the total magnetic flux of the element of the MCPG 2, which corresponds to the magnetization reversal of the magnetically soft part of the sample and is partially offset (as shown in FIG. 2) or completely into the 1st quadrant due to the action of the demagnetizing field of element 2.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При расположении постоянного магнита 1 параллельно с элементом СЧПГ 2 сбоку или на одной оси с ним элемент СЧПГ 2 под воздействием продольных силовых линий постоянного магнита 1 устанавливается в магнитное состояние насыщения, соответствующее точке "установки" Н_уст. петли гистерезиса (фиг.2), при котором направление намагниченности магнитомягкой и магнитожесткой областей элемента 2 совпадают.When the permanent magnet 1 is located parallel to the element of the control system 2 on the side or on the same axis with it, the element of the control system 2 is installed under the influence of the longitudinal lines of force of the permanent magnet 1 in the saturation magnetic state corresponding to the point of "installation" H _set. a hysteresis loop (Fig. 2), in which the direction of magnetization of the soft magnetic and hard magnetic regions of element 2 coincide.

При повороте постоянного магнита 1 вокруг оси вращения и уменьшении воздействующего на элемент СЧПГ 2 в продольном направлении магнитного поля до определенной величины Н_сброс. магнитожесткая область элемента остается намагниченной полем коэрцитивной силы, а магнитомягкая область перемагничивается одним скачком Баркгаузена под воздействием размагничивающего поля в обратном направлении. Происходит переключение элемента 2 из состояния магнитного насыщения в состояние сброса. При этом в соответствующей измерительной обмотке 3 индуцируется четкий импульс, не требующий усиления. За каждый оборот постоянного магнита 1 индуцируются два разнополярных импульса ЭДС, частота следования которых пропорциональна угловой скорости вращения магнита 1. В случае соответствия полярности диода 4 импульсы разности потенциалов, созданных на выводах измерительной обмотки 3, оказываются приложенными к выводам соответствующих индикаторных ламп младшего и старшего разрядов (см.фиг.3). В результате чего происходит их мигание с частотой, равной угловой скорости вращения исследуемого объекта.When the permanent magnet 1 is rotated around the axis of rotation and the SCPG 2 acting on the element decreases in the longitudinal direction of the magnetic field to a certain value N, the _discharge. the magnetically rigid region of the element remains magnetized by the coercive force field, and the magnetically soft region is magnetized by a single Barkhausen jump under the influence of the demagnetizing field in the opposite direction. The element 2 is switched from the state of magnetic saturation to the reset state. In this case, a clear pulse is induced in the corresponding measuring winding 3, which does not require amplification. For each revolution of the permanent magnet 1, two opposite-polarity EMF pulses are induced, the repetition rate of which is proportional to the angular velocity of rotation of magnet 1. If the polarity of the diode 4 matches, the potential difference pulses created at the terminals of the measuring winding 3 turn out to be applied to the terminals of the corresponding indicator lamps of the lower and higher bits (see figure 3). As a result, they blink with a frequency equal to the angular velocity of rotation of the investigated object.

При линейном перемещении постоянного магнита 1 вдоль диапазона сбоку или над элементами СЧПГ 2 наряду с его вращением вокруг оси в зону действия магнита 1 поочередно входит последующий и выходит предыдущий соседние элементы СЧПГ 2. При этом ИЛМР мигают поочередно от первой до десятой, в зависимости от положения магнита 1 от предыдущей к следующей группе элементов 2 начинает мигать соответствующая ИЛСР 6. When the permanent magnet 1 is linearly moved along the range on the side or above the elements of the control system 2, along with its rotation around the axis, the next one enters the zone of action of the magnet 1 and the previous neighboring elements of the control system 2 come out. In this case, the ILMR flash alternately from the first to the tenth, depending on the position of magnet 1 from the previous to the next group of elements 2, the corresponding ILSR 6 starts to flash.

Таким образом, данная конструкция позволяет осуществлять одновременно индикацию линейного перемещения и угловой скорости вращения объекта без энергопотребления за счет отсутствия источника питания и использования элементов СЧПГ. Также достигается повышение надежности за счет отсутствия герконов. Thus, this design allows simultaneous indication of linear displacement and angular velocity of rotation of the object without power consumption due to the lack of a power source and the use of elements of the control system. Reliability is also improved due to the absence of reed switches.

Claims (1)

Устройство для цифровой индикации линейного перемещения, содержащее перемещаемый постоянный магнит, блок индикации, включающий в себя индикаторы младшего и старшего разрядов, одни из выводов которых соединены между собой, магниточувствительные элементы, размещенные с определенным шагом в направлении линейного перемещения постоянного магнита и объединенные в группы по девять, отличающееся тем, что постоянный магнит установлен с возможностью вращения относительно оси, параллельной или перпендикулярной направлению его линейного перемещения, а магниточувствительные элементы выполнены в виде элементов со смещенной частной петлей гистерезиса и охватывающих их измерительных обмоток, оси этих элементов расположены перпендикулярно плоскости линейного перемещения магнита с шагом, равным расстоянию между границами зоны действия на них постоянного магнита, одни выводы измерительных обмоток в каждой группе соединены с соответствующими по номеру индикаторами младшего разряда, а другие выводы обмоток в каждой группе соединены между собой и соответствующими по номеру индикаторами старшего разряда, а в качестве индикаторов младшего разряда использованы светодиоды или лампы с диодами. A device for digitally indicating linear displacement, comprising a movable permanent magnet, an indicating unit, including low and high level indicators, one of the terminals of which are interconnected, magnetically sensitive elements placed with a certain step in the direction of linear displacement of the permanent magnet and grouped by nine, characterized in that the permanent magnet is mounted to rotate about an axis parallel or perpendicular to the direction of its linear and the magnetically sensitive elements are made in the form of elements with a displaced private hysteresis loop and measuring windings covering them, the axes of these elements are perpendicular to the plane of linear magnet movement with a step equal to the distance between the boundaries of the zone of action of the permanent magnet on them, one conclusions of the measuring windings in each group are connected to the corresponding indicators of the lowest category by number, and the other terminals of the windings in each group are interconnected and corresponding by the indie number high-voltage cathodes, and LEDs or lamps with diodes were used as indicators of the lower-order category.

Images