RU2339957C2 - Object position detector - Google Patents
Object position detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2339957C2 RU2339957C2 RU2007116892/28A RU2007116892A RU2339957C2 RU 2339957 C2 RU2339957 C2 RU 2339957C2 RU 2007116892/28 A RU2007116892/28 A RU 2007116892/28A RU 2007116892 A RU2007116892 A RU 2007116892A RU 2339957 C2 RU2339957 C2 RU 2339957C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic field
- base
- movement
- source
- magnet
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерения параметров движения объектов и может быть применено для определения положения и скорости объекта, движущегося относительно основания.The invention relates to the field of measuring the parameters of the movement of objects and can be used to determine the position and speed of an object moving relative to the base.
Известен датчик положения быстродвижущихся объектов, выполненных из магнитного материала [1], содержащий источник магнитного поля в виде стержневого постоянного магнита и преобразователь магнитного поля в виде индуктивной катушки с ферромагнитным сердечником, установленные на неподвижном основании со стороны движущегося объекта. При прохождении магнитного объекта вблизи датчика потокосцепление (магнитный поток) в преобразователе магнитного поля изменяется (сначала увеличивается, затем уменьшается), при этом в катушке индуктивности появляется э.д.с., по которой определяют положение объекта относительно неподвижного основания.A known position sensor of fast-moving objects made of magnetic material [1], containing a magnetic field source in the form of a rod permanent magnet and a magnetic field transducer in the form of an inductive coil with a ferromagnetic core mounted on a fixed base from the side of a moving object. When a magnetic object passes near the sensor, the flux linkage (magnetic flux) in the magnetic field transducer changes (first increases, then decreases), and an emf appears in the inductance coil, which determines the position of the object relative to the fixed base.
Недостатками известного устройства являются: ограниченная область применения из-за невозможности определения положения объектов аппаратурой, расположенной на самом объекте («бортовой» аппаратурой); низкая точность (или невозможность) определения положения объектов при наличии неконтролируемого их вращения в процессе движения вокруг своей оси, параллельной направлению движения, а также низкая точность определения положения объектов, движущихся с малыми скоростями.The disadvantages of the known device are: limited scope due to the impossibility of determining the position of objects by equipment located on the object itself (“on-board” equipment); low accuracy (or impossibility) of determining the position of objects in the presence of their uncontrolled rotation in the process of movement around their axis parallel to the direction of movement, as well as low accuracy of determining the position of objects moving at low speeds.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является датчик положения объекта (снаряда) [2], содержащий источник магнитного поля в виде кольцевого постоянного магнита, охватывающего объект и имеющего намагниченность вдоль направления движения объекта, и преобразователь магнитного поля в виде катушки индуктивности, установленный на неподвижном основании (стволе) со стороны движущегося объекта. Плоскость кольцевого магнита и ось катушки индуктивности перпендикулярны направлению движения объекта. При прохождении объекта вблизи датчика потокосцепление (магнитный поток) в преобразователе магнитного поля изменяется, при этом в катушке индуктивности появляется э.д.с., по которой определяют положение объекта относительно неподвижного основания.The closest technical solution (prototype) is the position sensor of the object (projectile) [2], containing a magnetic field source in the form of an annular permanent magnet, covering the object and having magnetization along the direction of movement of the object, and a magnetic field transducer in the form of an inductor mounted on a fixed base (trunk) from the side of a moving object. The plane of the ring magnet and the axis of the inductor are perpendicular to the direction of motion of the object. When an object passes near the sensor, the flux linkage (magnetic flux) in the magnetic field transducer changes, and an emf appears in the inductor, which determines the position of the object relative to the fixed base.
Недостатками устройства-прототипа являются: ограниченные функциональные возможности датчика из-за невозможности определения положения объектов аппаратурой, расположенной на самом объекте («бортовой» аппаратурой); низкая точность определения положения движущегося объекта в условиях непостоянства расстояния (зазора) между объектом и основанием (при изменении расстояния между преобразователем в виде катушки индуктивности и магнитом, имеющим намагниченность, перпендикулярную оси катушки, изменяется форма сигнала: при увеличении зазора точки перехода э.д.с. катушки через нуль удаляются от точки, соответствующей пиковому значению э.д.с.); низкая точность определения положения объекта при малых скоростях его движения из-за снижения чувствительности преобразователя магнитного поля, выполненного на основе катушки индуктивности.The disadvantages of the prototype device are: the limited functionality of the sensor due to the inability to determine the position of objects by equipment located on the object itself (“on-board” equipment); low accuracy in determining the position of a moving object under conditions of inconstancy of the distance (gap) between the object and the base (when changing the distance between the converter in the form of an inductor and a magnet having a magnetization perpendicular to the axis of the coil, the waveform changes: when the gap increases, the transition point C. coils through zero are removed from the point corresponding to the peak value of the emf); low accuracy in determining the position of an object at low speeds due to a decrease in the sensitivity of the magnetic field transducer based on the inductance coil.
Предлагаемое изобретение направлено на расширение функциональных возможностей датчика и повышение точности определения положения движущегося объекта.The present invention is aimed at expanding the functionality of the sensor and improving the accuracy of determining the position of a moving object.
Указанный технический результат достигается тем, что в датчике положения объекта, движущегося относительно основания, содержащем источник магнитного поля и преобразователь магнитного поля, согласно изобретению источник магнитного поля установлен в заданном месте основания, а преобразователь магнитного поля расположен на объекте со стороны основания.The specified technical result is achieved by the fact that in the position sensor of an object moving relative to the base, containing a magnetic field source and a magnetic field transducer, according to the invention, the magnetic field source is installed in a predetermined location of the base, and the magnetic field transducer is located on the object from the base side.
Источник магнитного поля может быть выполнен в виде постоянного магнита или электромагнита постоянного тока с намагниченностью, перпендикулярной направлению движения объекта, а преобразователь магнитного поля - в виде охватывающего объект кольцевого электрического контура, плоскость которого перпендикулярна направлению движения объекта. При этом датчик может быть дополнительно снабжен дифференцирующим устройством, вход которого соединен с выходом кольцевого электрического контура. Преобразователь магнитного поля может быть выполнен в виде измерителя магнитного поля, а источник магнитного поля - в виде кольцевого постоянного магнита, охватывающего траекторию движения объекта, причем плоскость кольцевого магнита перпендикулярна направлению движения объекта. Кольцевой магнит может быть выполнен с радиальной намагниченностью. Он может быть выполнен также сплошным или в виде отдельных сегментов, расположенных по окружности.The source of the magnetic field can be made in the form of a permanent magnet or a direct current electromagnet with a magnetization perpendicular to the direction of movement of the object, and the magnetic field transducer can be in the form of a circular electrical circuit enclosing the object, the plane of which is perpendicular to the direction of movement of the object. In this case, the sensor can be additionally equipped with a differentiating device, the input of which is connected to the output of the annular electrical circuit. The magnetic field transducer can be made in the form of a magnetic field meter, and the magnetic field source can be in the form of an annular permanent magnet covering the path of the object, and the plane of the ring magnet is perpendicular to the direction of movement of the object. An annular magnet can be made with radial magnetization. It can also be made continuous or in the form of separate segments located around the circumference.
Расположение источника магнитного поля в заданном месте основания, а преобразователя магнитного поля на объекте со стороны основания дает возможность определения положения объектов «бортовой» аппаратурой.The location of the magnetic field source in a given location of the base, and the magnetic field transducer on the object from the base side makes it possible to determine the position of objects with “on-board” equipment.
Выполнение источника магнитного поля в виде постоянного магнита или электромагнита постоянного тока с намагниченностью, перпендикулярной направлению движения объекта, позволяет расширить функциональные возможности датчика за счет определения положения объектов, перемещающихся относительно основания, имеющего внутренние (обращенные к объекту) поверхности из магнитных материалов. Кроме того, это позволяет увеличить точность определения положения движущегося объекта при непостоянстве зазора между объектом и основанием за счет более четкой фиксации момента нахождения центра магнита напротив центра преобразователя магнитного поля.The implementation of the source of the magnetic field in the form of a permanent magnet or a direct current electromagnet with a magnetization perpendicular to the direction of movement of the object, allows you to expand the functionality of the sensor by determining the position of objects moving relative to the base, having internal (facing the object) surface made of magnetic materials. In addition, this allows you to increase the accuracy of determining the position of a moving object in case of inconsistency of the gap between the object and the base due to a clearer fixation of the moment the magnet center is located opposite the center of the magnetic field transducer.
Выполнение преобразователя магнитного поля в виде кольцевого охватывающего объект электрического контура, плоскость которого перпендикулярна направлению движения объекта, позволяет расширить функциональные возможности датчика за счет определения положения объектов, имеющих неконтролируемое вращение вокруг оси, параллельной направлению движения.The implementation of the magnetic field transducer in the form of an annular electric circuit covering the object, the plane of which is perpendicular to the direction of movement of the object, allows you to expand the functionality of the sensor by determining the position of objects having uncontrolled rotation around an axis parallel to the direction of movement.
Выполнение преобразователя магнитного поля в виде измерителя магнитного поля повышает точность определения положения объектов, движущихся с малыми скоростями, за счет непосредственного измерения параметров магнитного поля постоянного магнита независимо от скорости перемещения источника поля.The implementation of the magnetic field transducer in the form of a magnetic field meter increases the accuracy of determining the position of objects moving at low speeds by directly measuring the magnetic field parameters of a permanent magnet, regardless of the speed of movement of the field source.
Выполнение источника магнитного поля в виде кольцевого постоянного магнита, охватывающего траекторию движения объекта, с плоскостью, перпендикулярной направлению движения объекта, дает возможность упростить преобразователь (измеритель) магнитного поля и уменьшить его габариты, а выполнение кольцевого магнита с радиальной намагниченностью позволяет увеличить точность определения положения движущегося объекта при непостоянстве зазора между объектом и основанием за счет более четкой фиксации момента нахождения центра преобразователя магнитного поля напротив центра магнита.The implementation of the source of the magnetic field in the form of an annular permanent magnet, covering the trajectory of the object, with a plane perpendicular to the direction of movement of the object, makes it possible to simplify the transducer (meter) of the magnetic field and reduce its size, and the execution of the ring magnet with radial magnetization allows to increase the accuracy of determining the position of the moving object with inconsistency of the gap between the object and the base due to a clearer fixation of the moment the center is located For a magnetic field opposite the center of the magnet.
Выполнение кольцевого магнита в виде отдельных сегментов, расположенных по окружности, упрощает технологию изготовления кольцевого магнита.The implementation of the ring magnet in the form of individual segments located around the circumference, simplifies the manufacturing technology of the ring magnet.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема датчика положения движущегося объекта; на фиг.2 - форма сигнала (зависимость э.д.с. е от времени t) преобразователя магнитного поля; на фиг.3 - датчик с измерителем магнитного поля; на фиг.4 - форма сигнала измерителя магнитного поля, когда его ось чувствительности перпендикулярна направлению движения объекта; на фиг.5 - схема датчика положения движущегося объекта с возможным вращением его вокруг оси, параллельной направлению движения; на фиг.6 - схема датчика положения движущегося объекта с источником магнитного поля в виде кольцевого магнита.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a General diagram of the position sensor of a moving object; figure 2 - waveform (the dependence of the emf from time t) of the magnetic field transducer; figure 3 - sensor with a magnetic field meter; figure 4 - waveform of the magnetic field meter, when its sensitivity axis is perpendicular to the direction of movement of the object; figure 5 is a diagram of the position sensor of a moving object with its possible rotation around an axis parallel to the direction of movement; 6 is a diagram of a position sensor of a moving object with a magnetic field source in the form of an annular magnet.
Датчик положения объекта 1 (фиг.1), движущегося относительно основания 2 (направление движения объекта показано стрелкой), содержит источник 3 магнитного поля в виде постоянного магнита (или электромагнита постоянного тока), установленного на основании 2 со стороны объекта 1 и имеющего намагниченность, перпендикулярную направлению движения объекта (направление намагниченности магнитов на фигурах показано стрелкой). На объекте 1 установлен преобразователь 4 магнитного поля, например, в виде катушки индуктивности, ось которой перпендикулярна направлению движения объекта. Преобразователь магнитного поля может быть выполнен в виде измерителя 5 магнитного поля (фиг.3), например в виде датчика Холла, ось чувствительности которого параллельна направлению движения объекта. Преобразователь может быть выполнен также в виде кольцевого охватывающего объект электрического контура 6 (фиг.5), плоскость которого перпендикулярна направлению движения объекта. Датчик может быть снабжен дополнительно одним или несколькими источниками 7 магнитного поля, расположенными в основании 2 по окружности, охватывающей траекторию движения объекта, в плоскости расположения источника 3. При этом устройство может быть дополнительно снабжено дифференцирующим устройством (на фигурах не показано), вход которого соединен с выходом кольцевого электрического контура.The position sensor of the object 1 (Fig. 1), moving relative to the base 2 (the direction of movement of the object is shown by an arrow), contains a
Источник магнитного поля может быть выполнен в виде кольцевого постоянного магнита 8 (фиг.6), охватывающего траекторию движения объекта 1, причем плоскость кольцевого магнита перпендикулярна направлению движения объекта. Кольцевой магнит выполнен преимущественно с радиальной намагниченностью. Он может быть сплошным или в виде отдельных сегментов, расположенных по окружности.The magnetic field source can be made in the form of an annular permanent magnet 8 (Fig.6), covering the path of the
Схемы выделения полезного сигнала с преобразователей магнитного поля на фигурах не показаны.Schemes for extracting a useful signal from magnetic field converters are not shown in the figures.
Устройство работает следующим образом. При движении объекта 1 (фиг.1, 3) с расположенным на нем преобразователем магнитного поля (катушкой индуктивности 4 на фиг.1 или измерителем 5 магнитного поля в виде датчика Холла на фиг.3) относительно основания (направляющей) 2 (например, неподвижного) с постоянным магнитом 3 в месте расположения преобразователя (измерителя) возникает переменное магнитное поле. При использовании в качестве преобразователя магнитного поля катушки 4 индуктивности с осью чувствительности, перпендикулярной направлению движения объекта (фиг.1), э.д.с. на выходе катушки имеет вид, показанный на фиг.2. Переход э.д.с. е катушки через нуль соответствует времени t0, когда центра магнита 3 находится напротив центра катушки 4. Пиковые значения э.д.с. в этом случае зависят от скорости движения объекта относительно основания.The device operates as follows. When the object 1 (Figs. 1, 3) moves with a magnetic field transducer located on it (
При низких скоростях движения объекта сигнал с катушки индуктивности становится малым, переход его через нуль нечетким, соответственно снижается точность определения положения объекта относительно основания. В этом случае предпочтительным является использование в качестве преобразователя магнитного поля измерителя (например, датчика Холла). При этом, если ось чувствительности измерителя перпендикулярна направлению движения объекта, то э.д.с. на выходе измерителя будет иметь вид, показанный на фиг.4. Моменту прохождения центра магнита напротив центра измерителя соответствует максимум э.д.с. е (время t0). Поскольку такая форма сигнала не обеспечивает четкого определения времени t0 (положения объекта, движущегося относительно основания), то предпочтительным является такое расположение измерителя (датчика 5 Холла на фиг.3) в заданном месте основания, при котором его ось чувствительности параллельна направлению движения объекта. В этом случае сигнал с измерителя имеет вид, показанный на фиг.2, т.е. имеет место четкая фиксация времени t0.At low speeds, the signal from the inductor becomes small, its transition through zero is fuzzy, and accordingly the accuracy of determining the position of the object relative to the base decreases. In this case, it is preferable to use a meter (for example, a Hall sensor) as a magnetic field transducer. Moreover, if the sensitivity axis of the meter is perpendicular to the direction of movement of the object, then the emf at the output of the meter will have the form shown in figure 4. The moment of passage of the center of the magnet opposite the center of the meter corresponds to a maximum of the emf e (time t 0 ). Since this waveform does not provide a clear determination of the time t 0 (the position of the object moving relative to the base), it is preferable that the meter (
При определении положения объектов, имеющих неконтролируемое вращение вокруг оси, параллельной направлению движения (например, объекта 1, перемещающегося сверху вниз в направляющей 2 в виде трубы или стержней, как показано на фиг.5, 6), преобразователь магнитного поля может быть выполнен в виде кольцевого охватывающего объект электрического контура 6 (фиг.5), плоскость которого перпендикулярна направлению движения объекта. В этом случае датчик будет фиксировать прохождение нейтральной плоскости кольцевого контура напротив центра постоянного магнита (электромагнита) 3 (фиг.5) в момент времени t0 (фиг.2) независимо от вращения объекта вокруг оси, параллельной направлению движения объекта. Установка в основании 2 дополнительно одного или нескольких постоянных магнитов (электромагнитов) 7 (фиг.5) позволяет увеличить чувствительность датчика, а также снизить влияние непостоянства зазора 8 между объектом 1 и основанием 2 на величину сигнала с кольцевого контура 6.When determining the position of objects having uncontrolled rotation around an axis parallel to the direction of movement (for example,
При выполнении источника магнитного поля в виде кольцевого постоянного магнита 8 (фиг.6), охватывающего траекторию движения объекта, существенно упрощается конструкция преобразователя магнитного поля, который может быть выполнен, например, в виде малогабаритной катушки 4, установленной на периферийной поверхности объекта, как показано на фиг.6. При выполнении кольцевого магнита с радиальной намагниченностью и осью катушки, перпендикулярной направлению движения объекта, сигнал с катушки имеет вид, показанный на фиг.2, т.е. имеет место четкое определение положения объекта 1 относительно основания 2.When performing the magnetic field source in the form of an annular permanent magnet 8 (Fig.6), covering the trajectory of the object, the design of the magnetic field transducer is significantly simplified, which can be performed, for example, in the form of a
Предлагаемое изобретение может быть применено также для точного определения скорости движения различных объектов, перемещающихся относительно основания. Для этого на основании или на объекте устанавливаются два или более датчиков положения на заданных расстояниях (базах) друг от друга в направлении движения. Скорость объекта (усредненное значение на заданной базе) определяется расстоянием между датчиками и временем прохождения объекта от одного датчика к другому.The present invention can also be applied to accurately determine the speed of movement of various objects moving relative to the base. For this, two or more position sensors are installed on the basis or on the object at predetermined distances (bases) from each other in the direction of movement. The speed of the object (the average value at a given base) is determined by the distance between the sensors and the time it takes for the object to travel from one sensor to another.
Источники информацииInformation sources
1. Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел. - Патент РФ №2193207, G01P 3/42, 2002.1. Position and velocity sensor of fast moving bodies. - RF patent No. 2193207,
2. Bogdanofi D.W., Knowlen C., Murakami D. and Stonich I. Magnetic Detector for Projectiles in Tubes. - AIAA Journal, Vol.28, No.11, 1990, p.p.1942-1944 (прототип).2. Bogdanofi D.W., Knowlen C., Murakami D. and Stonich I. Magnetic Detector for Projectiles in Tubes. - AIAA Journal, Vol.28, No.11, 1990, p.p.1942-1944 (prototype).
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116892/28A RU2339957C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Object position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007116892/28A RU2339957C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Object position detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007116892A RU2007116892A (en) | 2007-11-20 |
| RU2339957C2 true RU2339957C2 (en) | 2008-11-27 |
Family
ID=38959197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007116892/28A RU2339957C2 (en) | 2007-05-04 | 2007-05-04 | Object position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2339957C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2594669C1 (en) * | 2015-07-08 | 2016-08-20 | Марина Владимировна Медведева | Method for measuring displacements of object |
| WO2017007368A1 (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | Марина Владимировна МЕДВЕДЕВА | Method for measuring displacements of object |
| RU2654371C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-17 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Position sensor |
-
2007
- 2007-05-04 RU RU2007116892/28A patent/RU2339957C2/en active IP Right Revival
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BOGDANOFF D.W. et al. Magnetic Detector for Projectiles in Tubes. AIAA Journal, v.28, №11, 1990, p.1942-1944. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2594669C1 (en) * | 2015-07-08 | 2016-08-20 | Марина Владимировна Медведева | Method for measuring displacements of object |
| WO2017007368A1 (en) * | 2015-07-08 | 2017-01-12 | Марина Владимировна МЕДВЕДЕВА | Method for measuring displacements of object |
| US10107652B2 (en) | 2015-07-08 | 2018-10-23 | Marina Vladimirovna MEDVEDEVA | Method for measuring displacements of object |
| RU2654371C1 (en) * | 2017-05-23 | 2018-05-17 | Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики" | Position sensor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007116892A (en) | 2007-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6118271A (en) | Position encoder using saturable reactor interacting with magnetic fields varying with time and with position | |
| CN110114636B (en) | Displacement sensor | |
| US20050127905A1 (en) | Eddy current sensors | |
| RU184838U1 (en) | VIBRATION MEASUREMENT DEVICE | |
| US6969987B2 (en) | Hybrid inductive sensor | |
| RU2339957C2 (en) | Object position detector | |
| JP6705867B2 (en) | Sensor | |
| JP6559629B2 (en) | A device that compensates for external stray fields or a device that compensates for the effects of magnetic field gradients on magnetic field sensors | |
| JP2010538281A (en) | Sensor structure for a shaft supported by a magnetic bearing | |
| WO2017126341A1 (en) | Proximity sensor | |
| JPH075189A (en) | Inductive sensor | |
| JP2011257391A (en) | Sensor | |
| CN107356887A (en) | A kind of axis fluxgate of spherical three probe | |
| CN111103039A (en) | Oil tank level sensing mechanism and sensor using same | |
| RU2370777C1 (en) | Object position sensor | |
| ATE415634T1 (en) | FERRARIS SENSOR | |
| RU178417U1 (en) | MAGNETIC STRUCTURE SCOPE | |
| RU178425U1 (en) | SPEED SENSOR | |
| JP5721475B2 (en) | Interpolation probe for eddy current testing of ferromagnetic steel tubes | |
| JP2014085159A (en) | Movement state detector | |
| JPH05264508A (en) | Method and apparatus for nondestructive measurement of quenched and hardened range | |
| RU119467U1 (en) | LINEAR SPEED INDUCTIVE SENSOR | |
| JPH05280914A (en) | Detection sensor of amount of displacement | |
| CN108037179A (en) | Ferromagnetic component non-destructive testing device and its detection method based on crowded magnetic structure | |
| CN208383216U (en) | For the mechanical-drum counter of consumption meter and the consumption meter including the counter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090505 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20101027 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20111013 |