ЗАПОМИНАЮЩИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 1998 года по МПК G01P15/04 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пикового значения ускорения, давления, силы.

Известны магнитные крешеры, изготовленные из магнитострикционных материалов, обладающих магнитоупругим гистерезисом, например на основе сплавов железа с тербием. На базе этих элементов изготовлен запоминающий датчик давления. О величине силы (давления, ускорения), действовавшей на крешер, судят по изменению магнитных параметров крешера, например, величины механострикционного изменения размеров или величины магнитного поля рассеяния вблизи крешера.

Недостатком этой конструкции является разброс показаний магнитометра, возникающий при установке датчика поля относительно крешера из-за сильной зависимости величины поля от расстояния до крешера. Эта погрешность становится особенно существенной в том случае, когда размеры крешера малы (сравнимы с размерами датчика магнитного поля).

Известна конструкция датчика для измерения импульсных давлений, выбранная в качестве прототипа, содержащего магнитный крешер, представляющий собою полый стакан, в который помещен сердечник с надетой на него катушкой и индикатор магнитного поля - феррозонд, находящийся внутри сердечника.

Недостатком этой конструкции является, во-первых, большая воспринимающая поверхность крешера и наличие замкнутого магнитопровода типа "броневого сердечника", что требует определенных габаритов; во-вторых, сильная зависимость величины поля от расстояния до крешера, что приводит к разбросу показаний магнитометра при установке датчика поля относительно крешера.

Целью изобретения является повышение точности измерения и чувствительности силового преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что на магнитный крешер наносится слой материала, чувствительного к магнитному полю, и магнитный крешер жестко соединяется с элементом, чувствительным к магнитному полю (покрытием). Покрытие крешера магниточувствительным слоем реализуется двумя способами:
1. Поверхность крешера покрывается слоем магнито-мягкого материала, обладающего высокой магнитной проницаемостью, например, пермалой, аморфный магнетик и др.

2. Покрытие делается из материала, обладающего зависимостью электросопротивления от величины магнитного поля, например, мультислойная структура из Co/Cu. Между покрытием и магнитным крешером наносится слой электроизоляционного материала (например, из кремния). Магниточувствительный слой наносится в форме полоски, меандра и др. с тем, чтобы увеличить длину покрытия и тем самым величину его электросопротивления. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что магнитный крешер покрывается материалом, чувствительным к магнитному полю, и жестко соединяется с элементом, чувствительным к силовому воздействию.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен акселерометр с покрытием из магнито-мягкого материала (фиг. 1). На фиг. 2 изображен акселерометр, магнитный крешер которого покрыт слоем материала, обладающего зависимостью его электросопротивления от величины магнитного поля.

Акселерометр с покрытием из магнито-мягкого материала (фиг. 1) содержит корпус (1), являющийся одновременно магнитным экраном, инерционную массу (2), чувствительный элемент в виде стержня, проволоки или трубки с нанесенным на него слоем магнито-мягкого материала (магнитный крешер с покрытием) (3), катушку (4), шайбу (5), на которой закрепляется верхний конец крешера, гайку (6), штырь разъема (7), отделенный от корпуса слоем изолятора (8). Один конец катушки припаивается к чувствительному элементу (3), а второй - к штырю разъема (7). Катушка вместе с материалом покрытия представляет собой полузонд феррозондового магнитометра. Второй феррозонд находится внутри измерительного прибора.

Акселерометр работает следующим образом: на катушку (4) подается импульс тока, который намагничивает чувствительный элемент (3), в результате чего возникает магнитное поле в месте положения магниточувствительного покрытия (тангенциальная составляющая поля). Затем катушка (4) подключается к магнитометру и фиксируется его начальное показание (α₀). Под действием ускорения инерционная масса (2) нагружает прикрепленный к ней чувствительный элемент (3). При силовом воздействии в нем происходит изменение магнитной структуры, что приводит к размагничиванию магнитного элемента и уменьшению тангенциальной составляющей магнитного поля. Величина этого поля снова фиксируется магнитометром (α). По изменению показаний магнитометра, заранее проградуированного по величине ускорения (силы), определяется величина ускорения (силы).

Акселератор с покрытием из материала, обладающего зависимостью электросопротивления от величины магнитного поля, (фиг. 2) имеет магнитный крешер (1) с нанесенным через слой изолятора покрытием в виде меандра (2), намагничивающую катушку (3), инерционную массу (4), корпус-экран (5).

Он работает аналогично акселерометру, представленному на фиг. 1. Отличие заключается лишь в способе считывания информации. Величину ранее действовавшей на крешер силы определяют по изменению электросопротивления, вызванного изменением магнитного поля. Электросопротивление измеряется обычным цифровым омметром, присоединенным к покрытию, сопротивление которого чувствительно к магнитному полю.

Акселерометр предназначен для измерения пикового значения ускорения, давления, силы. Акселерометр содержит корпус, являющийся одновременно магнитным экраном, инерционную массу, катушку с магнитным сердечником, чувствительный элемент - магнитный крешер с нанесенным на него покрытием из материала, чувствительного к магнитному полю. Катушка вместе с материалом покрытия представляет собой полузонд ферромагнитного магнитометра. Обеспечивается повышение точности измерения и чувствительности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Запоминающий акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу, чувствительный элемент в виде магнитного крешера, катушку с магнитным сердечником, отличающийся тем, что магнитный крешер снабжен покрытием в виде нанесенного на него слоя материала, чувствительного к магнитному полю, при этом корпус является одновременно магнитным экраном. 2. Акселерометр по п.1, отличающийся тем, что покрытие выполнено в виде слоя материала, электросопротивление которого существенно зависит от величины магнитного поля.