Индуктивный датчик Опции

[Arthur_Sh]

Всем привет.
Кто то может подсказать пути увеличения чувствительности индуктивного датчика?
Суть вопроса: стальной тросик двигается, необходимо регистрировать движение его "гребенки", которая образуется из-за свивки жгутов в трос. Захотелось использовать для регистрации движения гребенки индуктивный датчик. Но тросик малого диаметра, порядка 5мм, и перепад по высоте гребенки не очень большой, порядка 0,2-0,3мм. Такое вообще реально реализовать?

[rudy_b]

Сделать две (лучше три или четыре) гребенки на несколько зубцов с шагом равным шагу троса и разместить их с разных сторон троса со смещением. Контролируем индуктивность гребенки в целом. Получим что-то типа энкодера, но с усреднением (по числу зубцов).

Но трос может еще и вращаться - и отличить вращение от смещения не получится.

[Меджикивис]

Интересная идея. А метки наносились через определённое расстояние или через определённое время? Ведь чтобы наносить метки по расстоянию, требуется знать смещение троса. А если это известно, чего тогда измерять? А если метки по времени - то мы и считывать будем эти же метки с той же частотой их повторения. И что мы измерим - неравномерность движения?

Но время же возникновения метки известно.
Даем импульс на головку и начинаем считать время, пока метка появится в области датчика. В чем проблема?
После того, как метка считана, даем следующий импульс...

Сделать две (лучше три или четыре) гребенки на несколько зубцов с шагом равным шагу троса и разместить их с разных сторон троса со смещением.

Это правильно, но сложно.

Я думаю, конструкция может выглядеть так:

На рисунке - сечение в плоскости оси.
Тросик проходит сквозь катушку (красная).
Где проходит тросик, на внутреннем канале полюсных наконечников, нарезана 6-заходная резьба с шагом, равном шагу свивки тросика (это и есть "гребенка"). Резьбу, чтобы не замусоривалась, можно залить чем-нибудь немагнитным, напр (эпоксидкой...)

Феррит такой конфигурации (с резьбой!) не найти. Я думаю, можно взять просто сталь, но разрезать на 2 половинки по плоскости рисунка - чтобы не образовывался короткозамкнутый виток. (Да и удобнее катушку положить).
Или можно отлить из компаунда- ферритовая крошка в эпоксидке, или порошкообразный пермаллой.

Сообщение отредактировал Меджикивис - Nov 5 2015, 11:20

[ШСА]

Даем импульс на головку и начинаем считать время, пока метка появится в области датчика. В чем проблема?
После того, как метка считана, даем следующий импульс...

В таком виде идея рабочая, но с некоторыми недостатками:
1. Если скорость троса невысокая, то время прохода метки от катушки к датчику может быть значительным, и всё это время положение троса будет неопределённым. Фактически, перемещение троса будет измеряться в дискретных шагах, равных расстоянию от намагничивающей катушки до датчика. Если это устроит ТС, но вполне рабочая идея.
2. невозможно определить направление движения - но это ТС, как я понял, и не нужно.
3. Самое главное - точно определить положение метки под датчиком довольно трудно: намагниченная область будет довольно значительной по длине троса (несколько его диаметров), и определить центр этой области можно лишь с некоторой ограниченной точностью. Это значит, что расстояния меток по тросу будут нестабильны. А поскольку перемещение троса определяется подсчётом меток (которые каждый раз будут затирать предыдущие метки), это приведёт к накоплению ошибки определения троса. Таким методом достоверно можно измерять только скорость движения троса, но ТС-то нужно именно положение. Подсчитывать жгутики или вращение ролика всё-таки надёжнее.

Троссик проходит сквозь катушку (красная).
Где проходит троссик, на внутреннем канале полюсных наконечников, нарезана 6-заходная резьба с шагом, равном шагу свивки троссика (это и есть "гребенка"). Резьбу, чтобы не замусоривалась, можно залить чем-нибудь немагнитным, напр (эпоксидкой...)

Эта конструкция под какой метод измерения? "6-заходная резьба с шагом, равном шагу свивки троссика" - прекрасное конструктивное решение. А если трос будет заменён на другой?
(прошу прощения, но пишите, пожалуйста, "тросик" с одним"с", а то режет глаз).

Сообщение отредактировал ШСА - Nov 5 2015, 11:14

[Меджикивис]

Эта конструкция под какой метод измерения?

Под индуктивный. Катушка питается переменной несущей, которая модулируется прохождением зубцов.
Ну можно еще попробовать вставить катушку в контур и мерить его резонансную частоту (хотя, имхо, навряд такое даст хороший результат, потери великоваты)

"6-заходная резьба с шагом, равном шагу свивки тросика" - прекрасное конструктивное решение. А если трос будет заменён на другой?

А автор ставил условие пригодности с тросиками разных типов?

(прошу прощения, но пишите, пожалуйста, "тросик" с одним"с", а то режет глаз).

Спасибо за замечание. Век живи - век учись. Есть пробелы и у меня...
Поправил.

[ШСА]

Под индуктивный. Катушка питается переменной несущей, которая модулируется прохождением зубцов.
Ну можно еще попробовать вставить катушку в контур и мерить его резонансную частоту (хотя, имхо, навряд такое даст хороший результат, потери великоваты)

Здесь есть одна тонкость - резонансная частота может меняться только если она очень низкая, т.к. трос - очень плохой сердечник.
А на высокой частоте можно мерить только потери. Но в Вашей конструкции трос находится внутри катушки соосно, т.е. в каждый момент времени общий объём металла внутри катушки будет постоянным, а значит и потери тоже будут постоянны. Вот если бы Вам удалось направить магнитное поле катушки поперёк движения троса так, чтобы воздушный зазор между тросом и магнитопроводом модулировался жгутиками, то тогда бы это был бы идеальный вариант для ТС - потери в катушке имели бы очень сильную модуляцию при движении троса.

[Меджикивис]

трос - очень плохой сердечник.

Не очень плохой, так как свит из множества весьма тонких нитей, идущих вдоль поля. В этом смысле он подобен наборному сердечнику трансформаторов, из пластин. Только сталь - магнитожесткая, будут потери на перемагничивание.

Вот если бы Вам удалось направить магнитное поле катушки поперёк движения троса так, чтобы воздушный зазор между тросом и магнитопроводом модулировался жгутиками, то тогда бы это был бы идеальный вариант для ТС - потери в катушке имели бы очень сильную модуляцию при движении троса.

Так они и идут в зазоре полюсного наконечника перпендикулярно. И модулируются на совпадении жгутиков с зубцами резьбы. Для того она и нарезана.

А если трос будет заменён на другой?

А автор ставил условие пригодности с тросиками разных типов?

Придумал Канал в полюсном наконечнике с одной стороны делаем гладким, а на другом конце вместо резьбы вставляем стальную пружину с соответствующим шагом навивки. Ее можно сжимать, подгоняя к шагу различных тросиков...
Но чувствительность будет на порядки хуже.

[ШСА]

Не очень плохой...Только сталь - магнитожесткая, будут потери на перемагничивание.

Ну, так значит всё-таки плохой!

Так они и идут в зазоре полюсного наконечника перпендикулярно. И модулируются на совпадении жгутиков с зубцами резьбы. Для того она и нарезана.

Из Вашего рисунка я понял, что участок троса находится внутри катушки и силовые линии её поля идут там вдоль троса. И не важно, как силовые линии будут выходить из неё - добротность контура модулироваться не будет.

А автор ставил условие пригодности с тросиками разных типов?

Он не ставил такого условия, но я думаю, что рано или поздно трос придётся менять. И если у него будет другой шаг навивки, то придётся менять не только коэффициент пересчёта витки-длина, но и делать новый датчик.

Но чувствительность будет на порядки хуже.

ТС так и не сказал, почему он упрно не хочет измерять перемещение троса измерительным роликом?

[Меджикивис]

Из Вашего рисунка я понял, что участок троса находится внутри катушки и силовые линии её поля идут там вдоль троса. И не важно, как силовые линии будут выходить из неё - добротность контура модулироваться не будет.

Участок троса внутри катушки для модулирования значения не имеет. Там силовые линии идут вдоль троса. (И замыкаются по внешнему корпусу датчика).
Но они проходят через два зазора. Ширина этих зазоров сильно зависит от совпадения зубцов резьбы с навивкой троса. Причем два зазора (на противоположных концах) соединены на магнитной силовой линии последовательно. Если шаг соблюден правильно, то они модулируют синхронно и дают удвоенный эффект.

вы же понимаете, что невозможно обеспечить соосность гребенок феррита и троса?
и еще, в чем преимущество данной конструкции?

Преимущество в том, что отклонения от соосности не имеют большого значения, потому что феррит охватывает тросик симметрично со всех сторон.
Ожидаю, что другое преимущество - в повышенной чувствительности, но этому требуется проверка.

Обдумывая конструкцию, я нашел более технологичное решение.
Надо взять просто две чашки из карбонильного железа, и выпилить в центральном отверстии 6 зубцов со скосом, так, чтобы шли (по толщине) приблизительно вдоль направления свивки жгутиков.
Карбонильное железо очень мягкий материал, легко обработается надфилем.
Большая точность тут не нужна, потому что две половины всегда можно повернуть на необходимый угол относительно друг друга так, чтобы зубцы совпадали со жгутиками троса на обоих частях синхронно (настраивать по максимуму сигнала).
Вот рисунок.



Вы конечно можете крепить как пожелаете, но я бы зажал чашки между вот таких вот шайб из антифрикционного материала (баббита), с отверстием чуть больше диаметра троса. Эти отверстия будут защищать сердечник от случайного прикосновения бегущего троса - иначе мгновенно спилит зубцы, оглянуться не успеешь.

[ШСА]

Участок троса внутри катушки для модулирования значения не имеет. Там силовые линии идут вдоль троса. (И замыкаются по внешнему корпусу датчика).
Но они проходят через два зазора. Ширина этих зазоров сильно зависит от совпадения зубцов резьбы с навивкой троса. Причем два зазора (на противоположных концах) соединены на магнитной силовой линии последовательно. Если шаг соблюден правильно, то они модулируют синхронно и дают удвоенный эффект.

Вы здесь кардинально заблуждаетесь.
Если бы мы измеряли индуктивность датчика, то Ваши рассуждения имели бы право на существование, потому что индуктивность зависела бы от зазоров в общем магнитопроводе. Но это возможно только на очень низких частотах (я уже об этом писал), для определённости скажу точнее - уже 100 Гц для такого сердечника как трос - уже очень высокая частота. А частота полезного сигнала может быть гораздо выше 100 Гц. А должно выполняться непременное условие - частота генерации много больше частоты модуляции. Поэтому отбросьте всякую мысль использовать трос для изменения индуктивности.
Реально измерять можно только потери, вносимые тросом, как проводящим предметом (а не ферромагнетиком), в колебательный контур, образованный катушкой датчика и конденсатором в схеме генератора. Поскольку внутри катушки проходит 100% высокочастотного поля, создаваемого ею, и всё это поле будет эффективно гасить материал троса на всём протяжении катушки, то уже будет абсолютно неважно, какие на концах катушки зазоры. Добротность такого контура всегда будет крайне низка.
Чтобы добротность контура была высокой, нужно чтобы вблизи катушки не было никаких предметов, в которых бы могли возникнуть вихревые токи. Т.е. трос должен быть далеко от катушки, чтобы магнитное поле через него не проходило, или задевало минимально.
Чтобы добротность контура понизилась, нужно чтобы к катушке приблизился проводящий предмет, чтобы магнитное поле "задевало", "омывало" его, в общем - возбуждало в нём эти вихревые токи Фуко и тратило на это энергию колебаний контура.
Из всего это следует железный принцип - чтобы измерять изменение добротности трос (или один из его жгутов) должен лишь иногда появляться в пределах досягаемости магнитного поля датчика.
Объяснил, как мог.
Кстати, в чём Вы сделали такой шикарный рисунок?

Сообщение отредактировал ШСА - Nov 5 2015, 22:04