Регистратор ускорения Советский патент 1989 года по МПК G01P15/105 

ского постоянного магнита 14 и подвижного магнитного шунта 13, скреплен- ных мезкду собой немагнитным цилиндром 15, блок съема информации, вы- полненный в виде жестко установленных вдоль направляющих трех сердечников 3-5, на каждом сердечнике имеется обмотка считывания 6-8, неподвижный цилиндрический постоянный магнит-Ю 11, пружинный подвес 16, первый и второй 9, 10 резисторы, подключенные к обмоткам считывания первого и второго сердечника, в поле неподвижного магнита П размещен первый сердечник, а в поле подвижного магнита 14 размещены второй и третий сердечники. Неподвижный цилиндрический магнит 11 установлен на корпусе соосно с направляющей, через которое .пружинный подвес

соединен одним концом с корпусом, а другим - с магцитньм шунтом, при этом высоту третьего сердечника вы- . .бирают равной или больше максимального перемещения инерционной массы. При воздействии ускорения инерционная масса, смещаясь относительно корпуса, преобразует параметры ударного ускорения (длительность, интеграл импульса и максимальную амплитуду ускорения) в пропорциональное изменение остаточного потока в соответствующих сердечниках по градуировочным характеристикам, представляющим зависимость параметров ударного ускорения от уровня остаточного потока в сердечниках, определяют соответствующие параметры ускорения, 3 ил.

Изобретение относится к измерению параметров ударного ускорения объектов, когда электрическая связь с объектом испытаний исключена. Регистратор содержит корпус 1 с направляющей 2 в виде трубы, внутри которой размещена инерционная масса, состоящая из подвижного цилиндрического постоянного магнита 14 и подвижного магнитного шунта 13, скрепленных между собой немагнитным цилиндром 15, блок съема информации, выполненный в виде жестко установленных вдоль направляющих трех сердечников 3-5, на каждом сердечнике имеется обмотка считывания 6-8, неподвижный цилиндрический постоянный магнит 11, пружинный подвес 16, первый и второй 9, 10 резисторы, подключенные к обмоткам считывания первого и второго сердечника, в поле неподвижного магнита 11 размещен первый сердечник, а в поле подвижного магнита 14 размещены второй и третий сердечники. Неподвижный цилиндрический магнит 11 установлен на корпусе соосно с направляющей, через которое пружинный подвес соединен одним концом с корпусом, а другим - с магнитным шунтом, при этом высоту третьего сердечника выбирают равной или больше максимального перемещения инерционной массы. При воздействии ускорения инерционная масса, смещаясь относительно корпуса, преобразует параметры ударного ускорения (длительность, интеграл импульса и максимальную амплитуду ускорения) в пропорциональное изменение остаточного потока в соответствующих сердечниках по градуировочным характеристикам, представляющим зависимость параметров ударного ускорения от уровня остаточного потока в сердечниках, определяют соответствующие параметры ускорения.

Изобретение относится к области измерения параметров ударного ускорения объектов в условиях, когда электрическая связь с объектом испытаний исключена. г , - .

Цель изобретения - повьшение точности измерения однократного ускоре- ния,

На фиг. J представлена упрощенная конструктивная схема регистра- тора ускорения; на фиг. 2 - петля гистерезиса ферромагнитного сердеч- ника; на фиг. 3 - участок тороидального сердечника,

Регистратор содержит корпус 1с направляющей 2, вьшолненный в виде трубы, на которой жестко установлет ны-первый 3, второй 4 и третий 5 тороидальные ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистере- зиса с обмотками 6-8 считывания соответственно, резисторы 9 и 10, подключенные к обмоткам 6 и 7 считывания, неподвижнь й цилиндрический постоянный магнит 11, закрепленньш на корпусе с помощью немагнитной втулки 12, инерционную массу, состоящую из магнитного щунта 13, Ш5штирующего в исходном состоянии неподвижный магнит 11, подвижный магнит 14, скрепленный с шунтом 13 немагнитным цилиндром 15, и прзгжинный подвес 16, соединенный одним концом с корпусом 1, а другим - с инерционной массой (шунтом 13).

Векторы намагниченности магнитов 11 и 14 направлены параллельно оси корпуса регистратора, Назначение немагнитного цилиндра 15 - разнесение в пространстве магнитного шунта 13 и подвижного магнита 14 с целью, во-первых, исключения влияния поля магнита 14 на сердечник 3 и, во-вторых,- - исключения шунтирования магнита 14 шунтом 13.

Регистратор ускорения работает следующим образом.

Перед применением регистратора производится считывание сердечников 3-5. При считывании сердечники намагничиваются продольным (вдоль окружности) полем в состояние отрицательного остаточного потока насьш1е- ния - Фр . В исходном состоянии (при отсутствии ускорения) на сердечник 3 не действует поле записи постоянного магнита 11, поскольку он зашунт рован магнитным шунтом 13.

Второй 4 и третий 5 сердечники в исходном и рабочем положении находят ся в поле подвижного постоянного магнита 14j причем на сердечник 4 дей- ствует поле с напряженностью Н, где Н-г - напряженность поля трогания повьш1ение которого вызывает необра- тЪмое намагничивание ферромагнетика Магнитные параметры сердечника 5 (в частности ) выбирают такими, чтобы в исходном состоянии сердечник 5 бьш частично намагничен. Причем намагничен только незначительный объем сердечника, находящийся ближе к магниту 14, т.е. та часть сердечника где напряженность поля магнита превышает поле Н, а остальная часть сердечника находится в исходном состоянии. При этом результирующий остаточный поток для всето сердечника 5 определяется некоторым промежуточным остаточным потоком ДФ.

При воздействии ускорения, направленного вдоль оси корпуса регистратора, происходит смещение инерционной массы относительно корпуса 1 в направлении, противоположном вектору ускорения. При этом снимается шунт 13 с магнита 11 и на сердечник 3 действует поле магнита 11 с напряженностью, значение которой постоянно в течение времени действия ускорения. В результате входным регистрируемым параметром для сердечника 3 является длительность импульса ускорения. Длительность ударных процессов может достигать 50-70 мс. Для обеспечения такого диапазона измерения габаритные размеры сердечника должны быть достаточно большими. Поэтому для уменьшения габаритно-массовых показателей сердечника 3 обмотка 6 шунтируется сопротивлением. При наличии ускорения действующее на сердечник поле магнита 11 наводит в обмотке 6 ток, создающий размагничивающее поле, что позволяет существенно увеличить время намагничивания сердечника без увеличения габаритов.

Необходимое время намагничивания сердечника 3 можно определить из уравнения:

-СО

CO r/BrS

гг1

1 m(iO

- Hr

Знаменатель формулы - (1) для данного случая - это действующее на сердечник 3 поле магнита Н const.

Тогда формула (1) принимает вид

s

СДгГВрЗ

Н,

(2)

ЛФ - - Sa) со

10

20

25

30

35

0

5

0

15

где S - коэффициент переключения

сердечника; Qj - число витков обмотки счи-

тывания 6;

г - сопротивление резистора 9j 1 - длина средней силовой линии сердечника;

S - поперечное сечение сердечника.

Для сердечника из материала 50НП, 1-2 см, S t,, r 20 Ом, СО 300, Sto 8,5 Mj.K,/CM , при На 0,1 а/см, время намагничивания с J00808 МКС « 100 мс.

Из формулы (2) видно, что максимальное время намагничивания обеспечивается при г (при этом слудет учитывать сопрот1гелнн Еобмотки считывания) , а минимальное - при г от .

Резисторы 9 и 10 устанавливаются только на время записи информации.

Сердечник 4 регистрирует импульс ударного ускорения, определяемьй как интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия .

При воздействии ускорения на сер-- дечник 4 действует импульс поля, однозначно отображающий импульс ускорения . На сердечник 3 действует импульс поля Q, Hjt, где На const Н, t - время действия импульса поля магнита 11, а на сердечник 4

J-b

5

действует импульс поля Q -lHA(t)dt, , а J .

где Ha(t) HT-- поле, изменяющееся пропорционально величине ускорения. Таким образом, сердечник 3 работает на принципе интегральной зависимости намагничиваемого потока U Ф от (входной переменной является время) времени действия импульса ускорения, а сердечник 4 - на принципе интегральной зависимости &Ф от им- ;

; t. - -

пульса поля ,J Hi(t)dt (входной пере0

менной является интеграл действующего поля).

: Магнитный поток в сердечниках 3 и 4 может быть определен из формулы (2)

- для сердечника 3; (3)

t

йФ, r.l JHg(t)dt - SJ U 0J

В поле магнита 14 также находитс сердечник 5. Данный сердечник работает на принципе установления остаточного потока йФ, пропорциональ- но максимальному перемещению магнита 14. По мере перемещения магнитного поля магнита в сердечнике 5 пр иЬходит последовательное намагничивание его объема. При этом часть сердечника оказывается намагниченной, а другая часть - в исходном состоянии, а весь сердечник характеризуется некоторым остаточным потоком йФ. Для обеспечения, диапазо- на измерения максимальной амплитуды ускорения высота сердечника 5 должна быть Э: максимального перемещения инерционной массы.

Сердечник 5 запоминает максималь ное значение ускорения независимо о длительности его действия, поскольк сердечник практически мгновенно намагничивается в зоне действия поля магнита, так как разомкнутная обмот ка 8 сердечника 5 не оказывает влиt . -

яния на длительность намагничивания . Быстрое намагничивание сер- дечника также обеспечивается тем, что намагничивание производится не- посредственно магнитньм полем магни ба без использования, электрической обмотки, увеличивающей время намагничивания ферромагнетика.

Записанная информация в сердеч- никак в виде остаточного потока ЛФ Q длительности, импульса и макси- мальном значении ударного ускорения хранится практически неограниченное время.

Считывание информации, также как и установка начального магнитного состояния, производится посредством последовательной подачи на обмотки 6-8 прямоугольного импульса напряжения V.f. фиксированной амплитуды. При этом выходным параметром служит время намагничивания ферромагнетика до некоторого потока . Счи .тывание производится за время

- &Ф + Ф,, + Афт

и

(5)

сч

- для сердечника 4. (4)

15

, jn

25 эп

Q дг

35

50

5

где Сх) число витков обмотки считывания ,

ЛФР„- величина, обусловленная обратными процессами после на- сьпцения ферромагнетика. По предварительно снятым градуи- ровочным характеристикам, представляющим зависимость времени считывания 6с от длительности, интеграла и максимальной амплитуды ударного ускорения, определяют их значения.

Работа регистратора ускорения разделяется на два этапа: запись информации, и считывание записанной информации. Причем запись заключается в намагничивании тороидальных сердечников в поперечном направлении, а считывание - в продольном (по окружности ферромагнетика) направлении магнитным полем.

На фиг. 3 представлен участок тороидального ферромагнитного сердечника, где действует поперечное поле Нц и продольное поле Иц.

В смысле возбуждения (изменения) магнитного состояния ферромагнетика запись информации в тороидальный ферромагнитный сердечник в поперечном направлении практически не отличается от известного способа считьгоа- ния поперечным полем.

При воздействии поперечным полем на ферромагнетик, который при считывании намагничен до насьпцения в продольном направлении, происходит изменение направления вектора магнитной индукции в направлении попе- iречного поля на некоторый угол об (поворот вектора индукции в направлении действия векторов магнитного поля постоянных магнитов и и 14) . При использовании магнитного материала со спонтанной прямоугольной петлей гистерезиса величина вектора индукции практически остается равной остаточной индукции насьщения В. В связи с этим продольная составляющая индукции В|, уменьшается на величину Л В, т.е. происходит изменение магнитной индукции в продольном направлении |При действии поперечного поля магнита.

Продольная составляющая индукции имеет вид

10

В.

B cosoi

H(iBi

лР

+

Hf

Из (6) видно, что максимальное иэ- меиение индукции составляет ДВ В

Таким образом, предлагаемый регист-ю ратор обеспечивает непосредственное измерение параметров ускорения, что позволяет повысить точность измерения, а сокращение запоминающих элементов - уменьшить габаритно-массовые показатели устройства. Кроме того, регистратор обеспечивает измерение максимального значения линейных ускорений

Формуланз

обретения 20

Регистратор ускорения, содержащий корпус с направляющей, вьшолненный в виде трубы, внутри которой размещена инерционная масса в виде подвижного цилиндрического постоянного магнита, и блок съема информации, выполненный в виде жестко установленных вдоль направляющей трех сердечников из ферромагнитного материала с прямоуголь-; ной петлей -гистерезиса, на каждом из (6) J которых имеется обмотка считывания, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерения, в него введены неподвижный цилиндрический постоянный магнит, пружинный подвес, первый и второй резисторы, подключенные к обмоткам считывания соответственно первого и второго сердечников, а инерционная масса снабжена подвижным магнитным шунтом, скрепленным с помошью немагнитного цилиндра с подвижным магнитом, в поле которого размещены второй и третий сердечник, а в поле неподвижного магнита размещен первый сердечник, неподвижный магнит установлен на корпусе соосно с направляющей и снабжен центральным сквозным отверстием, через которое пружинный подвес соединен одним концом с корпусом, а 25 :другим - с магнитным шунтом, при

этом высота третьего сердечника рав- ,на шш больше максимального перемещения инерц ионной массы,.

15

15097 6

10