SU374648A1 - HIGH FREQUENCY ANGULAR SENSOR SENSOR - Google Patents

Description

1 ,one ,

Изобретение относитс  к высокочастотным датчикам угловых перемещений индукционного типа, примен емым в измерительной технике дл  преобразовани  углового положени  чувствительного элемента (стрелки компаса, отвеса и др.) в электрический сигнал.The invention relates to high-frequency induction-type angular displacement sensors used in measurement technology for converting the angular position of a sensing element (arrows of a compass, plumb, etc.) into an electrical signal.

Подобные датчики наход т применение в частности, в современных электронных инклинометрах , используемых дл  исследовани  траектории скважин при бурении.Such sensors are used in particular in modern electronic inclinometers used to study the well trajectory during drilling.

Известны высокочастотные датчики, выполненные в виде двухфазных поворотных трансформаторов в режиме фазовращ,ателей. Статор этих датчиков имеет двухфазную рамочную и однофазную кольцевую обмотки. Ротор имеет рамочную измерительную обмотку и кольцевую оОмотку, лежащую в одной плоскости с кольцевой обмоткой статора. Кольцевые обмотки ротора и статора образуют воздушный трансформатор и обеснечивают бесконтактность датчика.Known high-frequency sensors, made in the form of two-phase rotary transformers in the mode of phase rotation, atel. The stator of these sensors has a two-phase frame and a single-phase ring winding. The rotor has a frame measuring winding and an annular winding lying in the same plane with the ring winding of the stator. The ring windings of the rotor and the stator form an air transformer and protect the sensor without contact.

Известны также аналогичные датчики с числом пар полюсов двухфазной обмотки до 6-8, обеспечивающие электрическую редукцию измер емого угла, что выгодно, например, дл  датчиков угла наклона.Similar sensors are also known with a number of pole pairs of a two-phase winding of up to 6–8, providing electrical reduction of the measured angle, which is advantageous, for example, for inclination angle sensors.

Предлагаемый датчик отличаетс  от известных упрощенной конструкцией, повышенным коэффициентом передачи по напр жению и повышенной точностью выдачи угла поворота. The proposed sensor is distinguished from the known ones by a simplified design, an increased voltage transfer ratio and an increased angle of rotation output.

Сущность изобретени  заключаетс  в раз .мещении витков двухфазной обмотки рамочного типа вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.The essence of the invention lies in the separation of the turns of the two-phase winding of the frame type along the generator of the stator between the turns of the ring winding.

Предлагаетс  также вариант разнесени  двухфазной обмотки на поверхности статора вдоль оси датчика, что облегчает намотку, обеспечивает геометрическую идентичность оомоток обеих фаз и повышает точность датчика .A variant is also proposed of spacing the two-phase winding on the stator surface along the sensor axis, which facilitates winding, ensures the geometrical identity of the two phases and improves the accuracy of the sensor.

Па фиг. 1 в виде разверток но сн етс  принцип намотки статора и построени  ротора; на развертке фиг. 2 показано размещение обмоток датчика при разнесении двухфазной обмотки на статоре; на фиг. 3 приведены кривые изменени  выходного напр жени  V датчика , а также взаимоиндукции М между каждой из фаз двухфазной обмотки и однофазной обмотки в функции угла поворота ротора датчика .Pa figs. 1 in the form of scans, but the principle of stator winding and rotor construction is removed; on the scan of FIG. 2 shows the arrangement of the sensor windings when the two-phase winding is separated on the stator; in fig. Figure 3 shows the variation curves of the output voltage V of the sensor, as well as the mutual induction M between each of the phases of the two-phase winding and the single-phase winding as a function of the angle of rotation of the sensor rotor.

Датчик включает в себ  (см. фиг. 1 и фиг. 2) цилиндрический статор 1, выполненный из диэлектрического материала, и цилиндрический ротор 2, в частном случае также выполненный из диэлектрического материала. Поверхность ротора образована секторами 3 полого цилиндра из ферромагнитного материала и секторами 4 из немагнитного токопровод щего материала (металла), образующими полюса ротора.The sensor includes (see Fig. 1 and Fig. 2) a cylindrical stator 1 made of a dielectric material, and a cylindrical rotor 2, in a particular case also made of a dielectric material. The rotor surface is formed by sectors 3 of a hollow cylinder of ferromagnetic material and sectors 4 of non-magnetic conductive material (metal) forming the rotor poles.

На статоре / размещены рамочные обмотки 5 и 5 обеих фаз, образующие полюса статора , и кольцева  однофазна  обмотка 6, примыкающа  к лобовым част м обмоток 5 и 5.On the stator / there are frame windings 5 and 5 of both phases, forming stator poles, and a ring single-phase winding 6, adjacent to the frontal parts of windings 5 and 5.

Представленный датчик выполнен без электрической редукции измер емого угла (число пар полюсов равно 1).The presented sensor is made without electrical reduction of the measured angle (the number of pole pairs is 1).

При построении датчика с числом пар полюсов , рав-ным 2 и более, развертка статора и ротора состоит из увеличенного числа частей , представленных на фиг. 1 и фиг. 2. Соответственно во столько же раз сокращаютс  угловые (тангенциальные) размеры рамок статора и секторов ротора.When building a sensor with the number of pole pairs equal to 2 or more, the sweep of the stator and rotor consists of an increased number of parts shown in FIG. 1 and FIG. 2. Accordingly, the angular (tangential) dimensions of the stator frame and the rotor sectors are reduced by the same amount.

Работает датчик следующим образом.The sensor works as follows.

Вследствие того, что однофазна  обмотка 6 размещена в непосредственной близости от лобовых частей рамок двухфазных обмоток 5, 5, лобовые части  вл ютс  рабочими и за счет них обеспечиваетс  индуктивна  св зь участков двухфазных и однофазных обмоток.Due to the fact that the single-phase winding 6 is located in close proximity to the frontal parts of the two-phase windings frames 5, 5, the frontal parts are working and due to them inductive coupling of the two-phase and single-phase windings is provided.

Так как кажда  из двухфазных обмоток 5, 5 содержит четное число одинаковых рамок, включенных попарно встречно, св зь между любой из двухфазных обмоток в целом и однофазной обмоткой при извлеченном роторе отсутствует. Секторы ротора ii, 4, число которых равно числу рамок двухфазной обмотки статора, выполнены через один из ферромагнитного материала, например, листового пермалло  и токопровод щего немагнитного материала , например, листового алюмини , медиSince each of the two-phase windings 5, 5 contains an even number of identical frames included in pairs in opposite directions, there is no connection between any of the two-phase windings as a whole and the single-phase winding with the rotor removed. The rotor sectors ii, 4, the number of which is equal to the number of frames of the two-phase stator winding, are made through one of a ferromagnetic material, for example, permallo sheet and conductive non-magnetic material, for example, aluminum sheet, copper

и т. п.,..,...etc.,..,...

При введении ротора 2 в статор 1 сектора 3 и 4 оказывают противоположное вли ние на величину индуктивной св зи между лежащими непосредственно над секторами участками обмоток 5, 5 и 6. Ферромагнитные сектора 3 увеличивают потокосцепление участков двухфазных однофазных обмоток, а токопровод щие немагнитные сектора 4, за счет вихревого эффекта, уменьшают его.When rotor 2 is introduced into stator 1, sectors 3 and 4 have the opposite effect on the magnitude of inductive coupling between winding sections 5, 5 and 6 lying directly above the sectors. Ferromagnetic sectors 3 increase the flux linkage of two-phase single-phase windings, and conductive non-magnetic sectors 4, due to the vortex effect, reduce it.

Из-за указанного вли ни  секторов ротора при повороте его индуктивна  св зь между обмоткой 6 и, например, обмоткой 5 мен етс  и максимальна при расположении секторов ротора точно под рамками обмотки 5. При использовании , например, однофазной обмотки 6 в качестве входной обмотки питани  датчика в двухфазных обмотках 5, 5 индуцируютс  напр жени , измен ющиес  при вращении ротора по закону треугольника с линейным участком .±90°, как это показано на фиг. 3 (кривые 7, 7). Изменение напр жений  вл етс  следствием изменени  взаимоиндукции МDue to the indicated influence of the rotor sectors, during rotation, its inductive coupling between winding 6 and, for example, winding 5 changes and is maximum when the sectors of the rotor are located exactly under the winding frame 5. When using, for example, a single-phase winding 6 as the input winding The sensor in two-phase windings 5, 5 induces voltages varying as the rotor rotates according to the law of a triangle with a linear portion of ± 90 °, as shown in FIG. 3 (curves 7, 7). The change in voltage is a consequence of the change in the mutual induction M

между обмотками. Сдвиг напр жений 7, Т на 90° объ сн етс  соответствующим пространственным смещением обмоток 5, 5 и позвол ет устранить неоднозначность в положении ротора при его вращении в пределах полной щкалы измерений углов (О-360° дл  датчика без электрической редукции). В общем случае число периодов изменени  напр жений 7 и 7 при полном обороте ротора равно числу пар полюсов статора.between the windings. The voltage shift 7, T by 90 ° is explained by the corresponding spatial displacement of the windings 5, 5 and allows to eliminate the ambiguity in the position of the rotor during its rotation within the full range of angle measurements (O-360 ° for the sensor without electrical reduction). In the general case, the number of periods of variation of voltages 7 and 7 with a full turn of the rotor is equal to the number of pairs of poles of the stator.

Принцип построени  датчика позвол ет получить и синусоидальный характер изменени  взаимоиндукции обмоток 5 и 5 и б при вращении ротора, как это показано на фиг. 3 (кривые 8 и й ).The principle of the sensor construction allows to obtain the sinusoidal nature of the change in the mutual induction of the windings 5 and 5 and b during the rotation of the rotor, as shown in FIG. 3 (curves 8 and d).

Уто обеспечиваетс , как и в известных датчиках , синусоидальным законом распределени  площади витков рамок, т. е. секционированием последних, либо соответствующим выбором тангенциальных размеров секторов ротора . Благодар  этому имеетс  возможность использовани  датчика в виде синус-косинусного поворотного трансформатора и фазовращател . Во всех случа х возможно как двухфазное, так и однофазное включение датчика .This is ensured, as in the well-known sensors, by the sinusoidal law of the distribution of the area of the turns of the framework, i.e. by sectioning the latter, or by appropriate selection of the tangential sizes of the rotor sectors. Due to this, it is possible to use a sensor in the form of a sine-cosine rotary transformer and a phase shifter. In all cases, both a two-phase and a single-phase activation of the sensor is possible.

Предлагаемый датчик может быть выполнен в полностью немагнитном исполнении, что достигаетс  исключением ферромагнитных секторов и, как следствие, приводит к уменьщению коэффициента передачи датчика по напр жению .The proposed sensor can be made in a completely non-magnetic version, which is achieved by the exclusion of ferromagnetic sectors and, as a result, leads to a decrease in the voltage gain of the sensor.

Предмет изобретени Subject invention

Высокочастотный датчик угловых перемещений , содержащий диэлектрический статор с размещенными на нем двухфазной обмоткой рамочного типа и однофазной обмоткой (кольцевой ), бесконтактный ротор, выполненный в виде пар ферромагнитных и немагнитных металлических секторов цилиндра по числу пар полюсов статора, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности и надежности работы устройства, в нем витки двухфазной обмотки рамочного типа расположены вдоль образующей статора между витками кольцевой обмотки.A high-frequency angular displacement sensor containing a dielectric stator with a frame-type two-phase winding and a single-phase (ring) winding placed on it, a contactless rotor made in the form of ferromagnetic and non-magnetic metal sectors of the cylinder according to the number of pairs of stator poles, characterized in that accuracy and reliability of the device, in it the turns of the two-phase winding of the frame type are located along the generator of the stator between the turns of the ring winding.

55 655 6

// /// /

5iPuz.i 5 65iPuz.i 5 6

/I // I /

Фиг.ЗFig.Z