Диплом (1228655), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Рисунок 1.12 – Схема подключения вихретокового датчика
1.5 Ультразвуковые датчики перемещения
Ультразвуковые датчики основаны на принципе радара – регистрируют отражённые от предмета ультразвуковые волны, поэтому схема представляет собой источник ультразвуковых волн и регистратор представленный на рисунке 1.13, находящиеся в компактном корпусе. Для измерения расстояния до предмета определяется временная задержка между отправки и приёма ультразвукового импульса, точность измерения при этом доходит до десятых долей миллиметра. На сегодняшний день вместе с оптическими наиболее универсальными бесконтактным средством измерения являются ультразвуковые датчики. Такой же принцип измерения можно обнаружить в детекторах обнаружения дефектов, например в ультразвуковых дефектоскопах. Производитель «ГлавАвтоматика».
Рисунок 1.13 – Ультразвуковой датчик перемещения
1.6 Магниторезистивные датчики перемещения
Магниторезистивные датчики используюсь зависимость электрического сопротивления пластин от величины и направления индукции внешнего магнитного поля. Такой датчик состоит из электрической схемы и постоянного магнита с включёнными по мостовой схеме пластинами и источника постоянного напряжения представлено на 1.14. Интересующий предмет, который состоит из ферромагнитного материала, двигаясь в магнитном поле, изменяет его конфигурацию при этом, изменяя сопротивление пластин, мостовая схема будет регистрировать рассогласование, по величине которого будет известно положение предмета. Производитель РИФТЭК, СКБ ИС, ТЕКО [1].
Рисунок 1.14 – Магниторезистивный датчики перемещения
1.7 Датчики на основе эффекта Холла
Такой датчик имеют схожую конструкцию с магниторезистивным датчиком, но в основе работы применен эффект Хола – через проводник проходит ток, на который оказывает воздействие внешнее магнитное поле, в результате чего в поперечном сечении проводника образуется разность потенциалов. Способ подключения датчика представлен на рисунке 1.15 Производитель СЕНСОР.
Рисунок 1.15 – Схема подключения датчика на эффекте Холла
1.8 Магнитострикционные датчики перемещения
Конструкция такого датчика состоит из протяжённого канала (волновод), вдоль которого свободно перемещается постоянный кольцевой магнит. Внутри такого канала находиться проводник, при подаче электрических импульсов он способен создать магнитное поле вдоль своей длинны представлено на рисунке 1.16. Магнитное поле постоянного магнита складывается с полученным магнитным полем, а же результирующее магнитное поле будет создавать момент вращения канала, которое содержит волновод (эффект Вайдемана). По каналу в обе стороны со скоростью звука распространяются импульсы вращения. Определение дистанции до постоянного магнита, т.е. определить его расположение производиться при регистрации времени задержки между отправкой и приёмом электрического импульса. Волновод может достигать длинны до нескольких метров, а положение магнита определяется с очень высокой точностью (до нескольких микрометров). Одни из основных достоинств магнитострикционных датчиков это устойчивость к неблагоприятным условиям, низкая чувствительность к температурным изменениям, отличная повторяемость и разрешение. Производитель РИФТЭК, СКБ ИС, ТЕКО.
Рисунок 1.16 – Магнитострикционный датчик перемещения
1.9 Потенциометрические датчики перемещения
Потенциометрические датчики в основе своей конструкции имеют электрический контур, с наличием в нём потенциометра представлено на рисунке 1.17. Изменение сопротивления потенциометра (переменного резистора) обусловлено линейным перемещением предмета. Если через него пропустить постоянный ток, то величина сопротивления будет пропорциональна падению напряжения, а так же величине линейного перемещения заданного предмета [3].
Рисунок 1.17 – Потенциометрический датчик перемещения
В силу своей низкой стоимости и простоты конструкции потенциометрические датчики, вместе с механическими датчиками перемещения, получили очень широкое применение, хотя для бесконтактных измерений, прецизионных и универсальных чаще всего используют оптические датчики. Производитель ООО «Измерительные Системы».
Способ подключения потенциометрического датчика в сеть представлен на рисунке 1.18.
Рисунок 1.18 – Схема подключения потенциометрического датчика перемещения
2 РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА ИССЛЕДОВАНИЕ ДАТЧИКА УГЛА ПОВОРОТА
Разработанный стенд необходим для решения учебных и исследовательских задач, а так же нацелен на повышение уровня знаний в сфере конструкции локомотива и датчиков движения.
2.1 Общий вид лабораторного стенда
Учебно-лабораторный стенд датчик угла поворота представляет собой систему, состоящую из трёх основных модулей. Внешний вид стенда представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Учебно-лабораторный стенд исследование датчика угла поворота.
Первый модуль представляет из себя устройство сбора данных National Instruments USB 6008. Присоединяется к компьютеру по средствам USB и содержит 2 канала генерации аналоговых сигналов (АО), 8 каналов ввода аналоговых сигналов (AI), 12 каналов цифрового ввода/вывода и 32 разрядный счетчик. Внешний вид устройства представлен на рисунке 2.2.
Рисунок 2.2 – NI USB 6008.
Для присоединения проводов к устройству используются съемные разъемы для блоков клемм. Блоки предназначены для винтовых креплений. С устройством необходимо работать в соответствии с требованием стандарта Measurement Category I, которая предназначена для измерения цепей, непосредственно не соединённых с системами подачи питания с опасным для жизни человека напряжением сети [9].
На рисунке 2.3 представлены ключевые компоненты платы USB-6008.
Рисунок 2.3 – Блок-схема устройства
Технические характеристики устройства USB 6008 представлены в таблицах 2.1–2.7.
Таблица 2.1 – Аналоговый ввод
| Тип преобразования | Последовательные приближения |
| Количество аналоговых входов | 8 в схеме с общим проводом, 4 в дифференциальной схеме, настраивается программно |
| Разрешение usb-6008 | 12 бит в дифференциальной схеме, 11 бит в схеме с общим проводом |
Окончание таблицы 2.1
| Максимальная частота дискретизации | |
| Один канал usb-6008 | 10 кГц |
| Несколько каналов | 10 кГц |
| Объем FIFO буфера для операций аналогового ввода | 512 байт |
| Временное разрешение | 41,67 нс |
| Погрешность синхронизации | 100 ppm частоты дискретизации |
| Диапазон входных напряжений | |
| В схеме с общим проводом | ±10 В |
| В дифференциальной схеме | ±20 В, ±10 В, ±5 В, ±4 В, ±2,5 В, ±2 В, ±1,25 В, ±1 В |
| Рабочее напряжение | ±10 В |
| Входной импеданс | 144 кОм |
| Защита от превышения напряжения | До ±35 В |
| Тип триггера | Программный или внешний цифровой |
| Собственные шумы USB-6008 | 1,47 мB |
Таблица 2.2 – Аналоговый выход
| Тип преобразования | Последовательные приближения |
| Кол-во аналоговых выходов | 2 |
| Разрешение | 12 бит |
| Максимальная частота регенерации | 150 Гц, программная синхронизация |
| Диапазон выходных напряжений | От 0 до ±5 В |
| Выходной импеданс | 50 Ом |
| Максимальный ток выходного сигнала | 5мА |
Окончание таблицы 2.2
| Напряжение после включения устройства | 0 В |
| Скорость нарастания выходного напряжения | 1 В/мкс |
| Ток короткого замыкания выходной цепи | 50 мА |
| Абсолютная погрешность (без нагрузки) | 7 мВ типичное значение, 36,4 мВ максимальное значение во всем диапазоне |
Таблица 2.3 – Цифровой ввод/вывод
| Цифровые линии | |
| Р0. <0…7> | 8 линий |
| РI. <0…3> | 4 линии |
| Режим работы | Каждый канал индивидуально программируется на ввод или вывод |
| Схема управления выходным сигналом usb-6008 | Открытый коллектор |
| Совместимость | TTL, LVTTL,CMOS |
| Максимальный диапазон напряжений | От -0,5 до 5,8 В относительно GND |
| Нагрузочный резистор | 4,7 кОм для 5 В |
| Состояние при включении | Ввод (высокий импеданс) |
Таблица 2.4 – Напряжение для внешних цепей
| +5 В (200 мА мах) | +5 В типичное значение, +4,85 В |
| Минимальное значение | |
| +2,5 В (1 мА мах) | +2,5 В типичное значение |
Окончание таблицы 2.4
| Погрешность опорного напряжения +2,5 В | 0,25% мах |
| Температурный дрейф опорного напряжения | 50 ppm/ С мах |
Таблица 2.5 – Счетчик
| Кол-во счетчиков | 1 |
| Разрешение | 32 бита |
| Типы измерений | Подсчет фронтов (спадающий фронт) |
| Нагрузочный резистор | 4,7 кОм для 5В |
| Максимальная частота входного сигнала | 5 МГц |
| Минимальная длительность высокого уровня импульса | 100 нс |
| Минимальная длительность низкого уровня импульса | 100 нс |
| Высокий уровень входного напряжения | 2,0 В |
| Низкий уровень входного напряжения | 0,8 В |
Таблица 2.6 – Потребляемая мощность
| USB в рабочем и режиме ожидания | |
| От 4,10 до 5,25 В постоянного напряжения | 80 мА типичный ток, 500 мА мах |
| USB в режиме ожидания | 300 мкА типичный ток, 500 мкА мах |
Таблица 2.7 – Вес
| С соединительными панелями | 84 г |
| Без соединительных панелей | 54 г |
| Диаметр проводов для подключения к винтовым разъемам | От 16 до 28 стандарта AWG |
| Усилие при закручивании винтовых разъемов | От 0,22 до 0,25 Н м |
Второй модуль представляет собой ШИМ контроллер который преобразует управляющий сигнал с USB 6008 в сигнал управления частотой вращения двигателя. В качестве ШИП контроллера используется TL493. Прибор TL493 состоит из усилителя ошибки, компаратор регулировки «мертвого» времени, встроенный регулируемый генератор, триггер управления, прецизионный ИОТ на 5 В и схему управления выходным каскадом. Независимые выходные формирователи на транзисторах обеспечивают возможность работы выходного каскада по схеме с общим эмиттером либо по схеме эмиттерного повторителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
