Преобразователь линейных ускорений Советский патент 1983 года по МПК G01P15/11 

2. Преобразователь по п. .1 , о т личающийся тем, что внутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магнитомягкого материала, соосно и жестко связанных друг с другом соединительной диамагнитной вставкой с диаметром, равным диаметру стержней, при этом Bh+утренняя поверхность подвижного э;1емента снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватываю1цей внутреннюю ось маг-/ нитопровода.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а более конкретно - к средствам индикаци и контроля изменений второй производной скорости летательных объектов по времени. Известен преобразователь ускорени включающий пустотелый цилиндрический магнитопровод с неподвижной внутренней осью, средняя часть-которой свободно охвачена цилиндрическим сердеч ником, выполняющим функции инерционной массы, у основания магнитопровод на оси размещены две встречно включенные обмотки возбуждения переменно го тока, а сердечник жестко соединен с двумя встречно включенными пружинными обмотками, свободные концы кото рых жестко соединены с магнитопроводом l . Недостатки и ограничения этого преобразователя обусловлены тем, что для его функционирования необходим стабилизированный источник питания, а малый рабочий ресурс и недостаточная надежность преобразователя связаны с наличием у него быстроизнашиваемых механических упругих элементов (пружин).: Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и выполняемым функция(и является преобразователь из менений линейных ускорений, который содержит цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований маг нитопровода, соединенных магнитомягкой осью, и подвижный элемент, выполненный в. виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругоijfjro полюса, и который свободно охва тывает ферромагнитную ось магнитопровода 2 . Недостатками преобразователя являются относительная громоздкость и значительный вес, которые вызваны необходимостью использования в нем для достижения требуемой чувствительности кольцевого магнитного э;1емента с большой массой и тяжелых мнсговитковых катушек индуктивности. Это ограничивает функционально-оперативные возможности преобразователя , исключая применение последнего при обвязке сложных конструктивных элементов авиационных и ракетных систем, подвергаемых многоточечному контролю как в процессе лабораторных, так и в процессе полетных испытаний. Значительная масса и габариты преобразователя-прототипа при его ограниченной разрешающей способности и чувствительности исклюгчают возможность эффективного применения как для исследования поведения легких конструкционных элементов, так и для контроля слабо выраженных вибрационных процессов. Цель изобретения - повышение чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики при одновременном существенном уменьшении габаритов и веса преобразователя. Поставленная цель достигае;тся тем, что в устройстве, содержащем цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого

31

равна высоте внутреннего кругового полюса и который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода, магнитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные магнитомягкие цилиндрические части, состыкованные друг с другом через кольцевую диамагнитную прокладку, а весь магнитопровод преобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран.

Внутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магнитомягкого материала,жестко связанных друг с другом соединительной диамагнитной вставкой с диаметром, равным диаметру стержней, причем внуренняя поверхность отверстия подвижного магнитного элемента снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопровода.

На фиг. 1 представлена конструкция преобразователя.продольно-осевой диаметральный разрез; на фиг. 2 конструкция внутренней оси магнитопровода видоизмененного преобразователя .

Подвижный инерционный элемент преобразователя - радиально намагниченное кольцо 1 свободно посажено на ферромагнитную ось 2. Внутренняя по верхность кольца 1, скользящая по оси 2, снабжена фторопластовой цилиндрической прокладкой 3- Магнитопровод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрических частей и 5, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс П-образного профиля 6, который разделен по своей середине диамагнитным зазором, образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой - шайбой 7. Внешние основания цилиндрических частей 4 и 5 магнитопровода закрыты магнитомягкими фланцами 8 и 9, которые связаны между собой ферромагнитной осью 2, охваченной у фланцев двумя идентичными катушками индуктивности 10 и 1 , обмотки которых соединены согласнопоследовательно.

Магнитопровод преобразователя сна жен внешним диамагнитным корпусом 12 выполняющим одновременно функции электростатического экрана.

Внутренняя ось преобразователя ма нитопровода, охватываемая подвижным

64

магнитным элементом 1 , составлена из пары идентичных цилиндрических стержней 13 и 1, выполненных из магнитомягкого материала (фиг. 2), а также из соединительной диамагнитной вставки 15, которая жестко и соосно механически связывает между собой магнитомягкие стержни 13 и с помощью симметрично расположенных соединительных

элементов 1б и 17- Внешний диаметр диамагнитной вставки 15 равен,при этом диаметру сочленяемых этой вставкой магнитомягких стержней 13 1. Преобразователь функционирует следующим образом.

При перемещении лeтaтeльнcJГO аппарата или другого обследуемого объекта, на котором установлен преобразователь, снеизменной скоростью,

совпадающей по нагправлению с осью 2 преобразователя, подвижный магнитный элемент1 находится в нейтральном (среднем) положении, симметричном относительно обоих расчлененных прокладкой 7 частей внутреннего кругового полюса 6 магнитопровода.

Магнитный поток, создаваемый подвижным элементом 1 , в тычком режиме равномерного перемещения контролируемого объекта распределяется поровну по двум симметричным ветвям магнитопровода преобразователя, которые разделены диамагнитной прокладкой шайбой 7 и охвачены у оснований оси -i соответственно катушками индуктивности 10 и 11 (фиг. 1). В этом случае в катушках 10 и 11 отсутствует наведенная электродвижущая сила и на выходе преобразователя электрического сигнала нет.

Если контролируемый объект перемещается с постоянным време1 ным градиентом скоростей, то на подвижное магнитное кольцо 1 преобразователя под влиянием силы инерции, противоположной по направлению вектору ускорения исследуемого сйъекта, действует постоянная по величине сила, определяющая смещение магнитного кольца 1 относительно расчлененного диамагнитной прокладкой - шайбой 7 внутреннего кругового полюса 6 маг нитопровода преобразователя на фиксирЛВс.яное расстояние вдоль направл.чюще.й внутренней .оси 2. При этом магнит+чый поток, создаваемый подвижным элементом 1, распределяется неравномерно между верхней и нижней 5 (фиг. 1) цилиндрическими частями ма нитопроеода, содержащими соответстве но катушку 10 индуктивности и катуш ку 11 измерительной обмотки преобразователя. Однако ввиду фиксированнс-смещенного положения подвижного элемента 1 относительно каждой из расчлененных диамагнитной шайбой 7 частей внутреннего полюса 6 магнитопровода преобразовател я переменная составляющая в магнитных потоках, охватывающих катушки индуктивности 10 и 11, при постоянном ускорении контролируемого объекта отсутствует что обусловливает также .отсутствие сигнала наведенной электродвижущей силы и на выходе измерительной обмотки преобразователя, образованной согласно-последовательно соединенными катушками индуктивности 10 и 11. В случаях, когда при перемещении исследуемого объекта имеют место вариации ускорения, на подвижный ине ционный элемент - радиально намагниченное кольцо 1 воздействует перемен нее по величине и знаку усилие, вызы вающее непрерывное смещение магнитно го кольца 1 вдоль ферромагнитной оси 2. Происходящее при этом перераспределение излучаемого подвижным инерционным элементом магнитного потока между двумя расчлененными диамагнит ной кольцевой прокладкой 7 ветвями магнитопровода, охватываемыми соо.тветственно катушками 10 и 11 индуктивности, приводит к появлению на вы ходе согласно-последовательно включенных катушек 10 и 11 измерительной обмотки преобразователя электродвижущей силы, величина которой в каждый момент времени является пропорциональной временному градиенту ускорения контролируемого объекта. При этом особенностью функционирования данного преобразователя, обу словленной присущими ему отличительными признаками, построения является то обстоятельство, что благодаря расчленению кругового прямоугольного сечения внутреннего полюса 6 цилиндрического магнитопровода и 5 преобразователя кольцевой диамагнитной прокладкой 7, процесс смещения подвижного магнитного кольца 1 относительно его среднего (нейтрального) положения при изменениях ускорения исследуемых объектов сопровождается 366 остро выраженной дифференциацией и перераспределением разветвляющихся магнитных потоков, раздельно охватывающих катушки 10 и 11 индуктивности. Более резко выраженная по сравнению с усовершенствуемым прототипом взаимная дифференциация магнитных потоков, разветвляющихся по двум цилиндрическим ветвям магнитопровода предлагаемого преобразователя, которые охвачены катушками 10 и 11 и расчленены диамогнитным зазором с помощью кольцевой прокладки 7, определяет значительно большую, чем у прототипа критичность магнитной системы к положению его подвижного магнитного элемента 1. Этим обусловливаются как повышенная острота реакции предлагаемого преобразователя на отклонение от нейтрального положения его подвижного элемента и отвечающие этому повышенная крутизна преобразования и чувствительность рассматриваемого устройстве, так и возможность реализации и совмещения указанных харэктеристик с повышенной компактностью преобразователя и существенным сни жением его веса, что позволяет резко расширить функционально-оперативные возможности устройства и область его эффективного практического использования в лабораторных и промышленных условиях. Крутизна преобразовательной характеристики устройства во всем динамическом диапазоне его рабочих частот, а также разрешающая способность и индикаторная чувствительность возрастают в еще большей степени при выполнении предлагаемого преобразователя в соответствии с охарактеризованным выше видоизмененным исполнением внутренней оси его мегнитопровода (фиг. 2). При одновременном разделении как нешней цилиндрической части магитопровода преобразователя и его кругового внутреннего полюса 6, так и нутренней ферромагнитной оси 2 магитопровода диамагнитными зазорами, бразуемыми соответственно кольцевой иамагнитной прокладкой - шайбой 7 соединительной цилиндрической диаагнитной вставкой 15, взаимная диференциация и степень перераспредеения магнитных потоков, разветвляюихся по двум цилиндрическим ветвям

г

магнитопровода преобразователя, содержащим соответственно элементы , 8, 10, 13 и 5. 9, 11, I (Фиг.1. и 2) , выражены еще более остро, чем у первой модификации индикаторного преобразователя {фиг. 1) при равных отклонениях подвижного элемен та 1 от своего нейтрального положения .

Крутизна преобразовательной харак теристики и чувствительность известного преобразователя в соответствии с. предлагаемой модификацией его

полмеиия существенно превосходят при этом соответствующие параметры прототипа при одновременном уменьшении габаритов и веса преобразователя, что 5 существенно расширяет функциональнооперативные возможности предлагаемого преобразователя и упрощает процесс обвязки исследуемых объектов системой преобразовательных узлов 10 как при проведении научно-исследовательских работ,так и при промышленном и эксплуатационно-диагностическом контроле летательных объектов ,их отдельных узлов и конструкционных элементов.

15