Измерение линейных перемещений ротора.
Датчик линейных
перемещений является одним из центральных звеньев подвеса, поэто-
му к его характеристикам (масштабному коэффициенту, стабильности
нуля, уровню шумов) предъявляются повышенные требования. В на-
стоящее время накоплен большой опыт практического применения
емкостных датчиков в подвесах на постоянном токе. Следует отме-
тить, что собственный (без дополнительного усиления) масштабный
коэффициент таких датчиков невелик, так как определяется напряже-
нием высокочастотного генератора возбуждения, а оно выбирается на
уровне 5. . . 10 В. Увеличение крутизны преобразования за счет возра-
стания напряжения возбуждения проблематично, поскольку при этом
возрастают неконтролируемые силы, действующие на ротор по цепям
датчиков. Влияние паразитных емкостей и разделительных конденса-
торов снижает невысокий масштабный коэффициент, который в прак-
тических схемах подвесов составляет единицы мВ/мкм. Обеспечение
стабильности масштабного коэффициента и нулевого сигнала датчика,
а также минимизация индуцированного потенциала ротора по цепям
датчиков требуют применения многофазных стабилизированных ис-
точников переменного напряжения или тока, что существенно услож-
няет схемотехнику подвеса.
Непосредственный перенос опыта проектирования высокочастот-
ных датчиков перемещений на подвесы с ШИМ по некоторым причи-
нам ограничен. При работе подвеса существуют промежутки време-
ни, в которые выходные высоковольтные транзисторы замыкают элек-
тродные емкости на землю. В эти промежутки происходит нарушение
условий работы датчика. В выходном напряжении датчика появляется
сигнал помехи с частотой ШИМ, причем его значение соизмеримо с
уровнем полезного сигнала. Высокий уровень помех в каналах подве-
са напрямую влияет на стабильность центрирования ротора. Попытка
развязать цепи датчика и формирователя ШИМ высокоомными рези-
сторами лишь частично снимает проблему, так как при этом увеличи-
вается длительность фронтов импульсов и снижается перегрузочная
способность подвеса. Более перспективно применение датчика, пред-
ложенного в работе [1]. Его действие основано на формировании раз-
ности напряжений с электродов на этапе заряда ротор-электродных
емкостей с последующим запоминанием этой разности в определен-
ный момент времени в устройстве выборки–хранения или непосред-
ственным преобразованием в цифровой сигнал (более перспективно).
Рассмотрим 12-электродный трехосный подвес с разрезными электро-
дами, условная схема одной оси которого приведена на рис. 1. В рабо-
те [2] показано, что улучшение равножесткости подвеса на постоян-
ном токе при ненулевом начальном заряде ротора достигается именно
при такой конфигурации электродной системы. Примем, что емкости
20 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2014. № 1
