Акселерометр Советский патент 1987 года по МПК G01P15/13 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к вибромет- рии, предназначено для измерения действующих значений виброускорения работающих машин и механизмов и может быть использовано для регистрации уровней динамических знакопеременных нагрузок механизмов .различных объектов при их вибрациях и ударах.

Цель изобретения - обеспечение стабильной чувствительности при расширении диапазона частот и повышение точности измерений.

На чертеже представлен акселерометр, разрез.

Акселерометр содержит магнитную систему из магнитного корректора, узла отрицательной жесткости, инерционного элемента и емкостный преобразователь. Магнитный корректор содержит два кольцевых постоянных магнита 1, каждый из которых установлен на Кольцевом полюсном наконечнике 2, имеющем коническую форму внутренней поверхности. Узел отрицательной жесткости содержит два соосных кольцевых постоянных: магнита 3, один из которых установлен между цилиндрическим полюсным наконечником 4 и основанием 5, а другой - между другим полюсным наконечником 4 и крышкой 6. Основание 5 и крьшжа 6, выполненные из маг- нитопроводного материала, сопряжены с .цилиндрическим корпусом 7, изготовленным из того же материала, и в целом составляют магнитопровод узла отрицательной жесткости. Инерционньш элемергт 8 представляет собой постоянный магнит, выполненный для повышения собственной .частоты в виде кольца уменьшенной массы (толщины) за счет использования в качестве материала для его изготовления магнито- твердого самарий-кобальтового сплава марки КС37, обладающего большой коэрцитивной силой, имеющего расположение колена кривой размагничивания по ивдукции В f (Н) в третьем квадранте и иoзвoляюDJ;eгo без снижения качества, силовой характеристики изготавливать из него магниты малой тол- шцны (вплоть до пленки). Емкостный преобразователь колебаний выполнен в виде двух переменных конденсаторов , каждый из которых расположен по обе стороны инерционного элемента 8 и содержит две соосно размещенные обкладки, выполненные в виде/ коаксиаль

5

0

но расположенных колец: подвижную 9, установленную на инерционном элементе 8, и неподвижную 10, установленную на соответствующем полюсном наконечнике 4. Емкостный преобразователь подключен к схеме формирования выходного сигнала. По оси каждого наконечника 4 выполнена коническая зенковка 11 для образования кольцевой поверхности полюса наконечника и для центровки немагнитопроводной неподвижной оси 12, которая установлена между полюсами наконечников 4 в качестве направляющей для перемещения инерционного элемента 8. Магниты 1 с наконечниками 2 установлены коак- сиально наконечникам 4 и инерционно- му элементу 8 и закреплены внутри корпуса 7 с помощью кольцевых втулок

13и прокладок 14 из немагнитопровод- ного материала.

Изменение числа или толщины прокладок 14 между крьш1кой 5, основанием 6 6 и втулками 13 позволяет регулировать расположение полюсных наконечников 2 относительно инерционного элемента 8, находящегося во взвешенном состоянии, что дает возможность компенсировать смещение массы (статическую осадку) инерционного элемента 8 в состоянии покой относительно его нейтрального положения, являющегося искусственно созданным неподвижным началом системы отсчета. Изменение толщины прокладок 14 между полюсными наконечниками 2 позволяет в пределах амплитудного смещения инерционного элемента 8 выбрать оптимальный вариант изменения магнитного зазора между коническими поверхностями наконечников 2 и инерционным элементом 8 относительно начала системы отсчета для максимально возможного спрямления нелинейного участка силовой характеристики подвеса. Кроме того, измeнeIiиeм толщины прокладок

14между полюсными наконечниками 2 магнитная система акселерометра настраивается на заданное значение максимального ускорения.

Магниты 1 и 3 подобраны попарно по равенству напряженности полей магнитов 1 между собой и магнитов 3 между собой. Выполнение этого условия проверено путем измерения напряженности поля магнитов 1 и 3 с помощью миллитеслаамперметра Ф4354/1. Угол конусности внутренней поверхности

0

5

0

5

0

5

наконечников 2, их взаимное расположение относительно начала системы отсчета и отношение напряженностей полей между магнитами 1 и 3 выбраны с учетом того, что сила притяжения „превышает силу отталкивания двух постоянных магнитов с одинаковой намагниченностью при одном и том же зазоре между ними в среднем на 20%,

Принцип действия акселерометра основан на преобразовании механических колебаний исследуемого объекта в пропорциональные им электрические сигналы постоянного тока, которые затем усиливаются и измеряются с помощью прибора ПИ-2 или ПИ-6 или преобразуются с обеспечением формирования дискретнь:х сигналов при превышении

объектом установленных уровней вибро- 2о частот и улучшает линейность силовой

характеристики магнитного подвеса.

Формула изобретения

25 Акселерометр, содержащий кольцевой инерционный элемент на упругом подвесе, преобразователь перемещения инерционного элемента, узел отрицательной жесткости в виде замкнутого

ускорения.

Акселерометр работает следующим образом.

При нейтральном положении инерционного элемента 8, в начале системы отсчета, электрическая схема формирования выходного сигнала акселерометра сбалансирована и выходной сигнал равен нулю. При воздействии измеряемого ускорения по оси чувствительное- зо магнитопровода и двух постоянных магти акселерометра инерционный элемент 8 смещается в сторону, противоположную направлению ускорения исследуемого объекта, сближаясь своим полюсом , с одноименным полюсом одного из - наконечников 4 узла отрицательной жесткости. При этом магнитный зазор между полюсом инерционного элемента 8 и полюсом противоположной полярности одного из наконечников 2 магнитного корректора уменьшается. Происходит перераспределение воздействия магнитных полей наконечников 2 и 4 на инерционный элемент 8. Взаи- модействие полей одноименных полюсов наконечника 4 и инерционного элемента 8 создает эффект магнитного демпфирования, а взаимодействие полей . противоположной полярности наконечника 2 и инерционного элемента 8 увеличивает амплитуду смещения последнего. Смещение обеспечивает разбаланс конденсаторов емкостного преобВНИИПИ . Заказ 6398/34 Тираж 776

Произв.-полигр.- пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

разователя, который формирует уровень выходного сигнала.

Введение в колебательную систему распределен1шх магнитных сил демпфирования и увеличение амплитуды смещения инерционного элемента способствует расширению диапазона измерения.

Предложенные лсоническая форма внутренней поверхности наконечников 2 и взаимное их расположение относительно начала системы отсчета обеспечивают перераспределение воздействия

магнитных полей на инерционный элемент пропорционально скорости колебательного процесса, что поддерживает стабильность чувствительности акселерометра во всем диапазоне измеряемых

5

нитов, расположенных по обе стороны инерционного элемента и обращенных друг к другу полюсами, отличающийся тем, что, с целью стабилиг зации чувствительности при расширении диапазона частот и повышения точности измерений, упругий подвес снабжен магнитным корректором в виде двух кольцевых постоянных магнитов с кольQ цевыми полюсными наконечниками, внутренние поверхности которых, обращенные к инерционному элементу, выполнены коническими, причем кольцевые магниты расположены между инерционным

с элементом и магнитами узла отрицательной жесткости с возможностью перемещения вдоль оси смещения инерционного элемента, инерционный элемент выполнен в виде постоянного магнита, обращенного своими полюсами к полюсам магнитов корректора разнополярио и однополярно к полюсам магнитов узла отрицательной жесткости.

0

Подписное

Изобре- егСке. предназначено для измерения действующих значений виброускорения работающих машин и механизмов . Цель изобретения - обеспечение стабильной чувствительности при расширении диапазона частот и повыше- I Ж 13 ние точности измерений. При воздействии измеряемого ускорения по оси чувствительности акселерометра инерционный элемент 8 смещается в сторону, сближаясь своим полюсом с одноименным полюсом одного из наконечников 4 узла отрицательной жесткости. Магнитный зазор между полюсами инерционного элемента к одного из наконечников 2 магнитного корректора уменьшается. Взаимодействие полей одноименных полюсов наконечника 4 и инерционного элемента 8 создает эффект магнитного демпфирования, а взаимодействие полей противоположной полярности наконечника 2 и инерционного элемента 8 увеличивает амплитуду смещения последнего. Смещение обеспечивает разбаланс конденсаторов емкостного преобразователя, который формирует уровень выходного сигнала. 1 ил. с ф (Л W 00 о со о -si исслеЛ/емый oStfKm