Лабораторная работа № 1 исследование индуктивного датчика приближения, Используемого в системах охраны судна

Цель работы: ознакомиться с основными параметрами, принципом работы и применением индуктивного датчика приближения, используемого в системах охраны судна.

Литература: [1, с.15-24].

Лабораторные схемы

И ндуктивный датчик приближения содержит чувствительный элемент в виде катушки индуктивности с открытым магнитопроводом в сторону активной поверхности (рис.1.1). Данная катушка индуктивности является частотозадающим элементов LC – генератора синусоидальных колебаний. При внесении в электромагнитное поле катушки металлического предмета изменяется индуктивность катушки, что приводит к затуханию электромагнитных колебаний генератора. При этом уменьшается амплитуда демодулированного напряжения на выходе демодулятора, что приводит к срабатыванию порогового устройства (триггера) и переключению коммутационного элемента. Индикатор показывает состояние датчика.

Основным элементом индуктивного датчика приближения является LC – генератор. В лабораторной работе рассматривается LC–генератор синусоидального напряжения, построенный по схеме емкостной трехточки (рис.1.2). Такой генератор построен на основе резонансного усилителя, выполненного на р-п-р транзисторе VT1, включенного по схеме с общей базой (схема Колпитца). Его входом является промежуток база-эмиттер транзистора, выходом − коллектор – эмиттер, а нагрузкой резонансный контур L1, С1, С2 и резистор R4. Делитель R1,R2 задает начальное смещение на транзисторе, переводя генератор в мягкий режим самовозбуждения. Конденсатор С3 - разделительный. Он предназначен для передачи с точки соединения обоих элементов нагрузки транзистора на его базу только переменного напряжения, не пропуская постоянное напряжение. Емкость конденсатора выбирается из условия малости его сопротивления на частоте генерации по сравнению с входным сопротивлением транзистора. Следовательно, для переменного напряжения С3 может быть представлен в виде короткого замыкания. Глубина обратной связи определяется величинами емкостей конденсаторов С1 и С2. Частота колебаний такого генератора слабо зависит от температуры окружающей среды и напряжения питания. Частоту синусоидальных колебаний такого генератора можно рассчитать из выражения:

(1.1)

Катушка индуктивности L1 имеет незамкнутый магнитный сердечник, магнитные линии которого замыкаются через воздушный промежуток. При приближении к такой катушке пластины, изготовленной из ферромагнитного материала (например, сталь) индуктивность катушки увеличивается за счет уплотнения линий магнитного поля, а, следовательно, согласно выражению (1.1) уменьшается частота генерации. При внесении в магнитное поле катушки парамагнитного (например, алюминий) или диамагнитного (например, медь) материала, магнитное поле катушки уменьшается, что снижает ее индуктивность, а значить повышает частоту генерации.

Уменьшение амплитуды колебаний генератора при внесении металлической пластины в магнитное поле катушки индуктивности обычно более значительно для меди и алюминия, чем для ферромагнитного материала, что связано с изменением добротности катушки.