Акселерометр Советский патент 1992 года по МПК G01P15/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений подвижных объектов акселерометром с жидкостным подвесом инерционной массы.

Известен акселерометр (США, патент Ms 4047439, кл. G 01 Р 15/08), содержащий цилиндрическую трубку, заполненную жидкостью, в которую помещен цилиндрический постоянный магнит. Вокруг трубки расположены две возбуждающие и две измерительные обмотки. Измерительные обмотки соединены с возбуждающими посредством демодулятора.

Известен также акселерометр (СССР, а.с. № 1508173, кл. G 01 Р 15/08), взятый в качестве прототипа, который содержит трубчатый герметичный корпус, заполненный магнитной жидкостью, инерционную массу, помещенную в жидкость, обмотку возбуждения, генератор, две сигнальные обмотки, синхронный детектор, усилитель, силовую обмотку, мост взаимной индуктивности, операционные усилители.

Недостатками известных устройств являются малый срок службы, обусловленный неблагоприятными для магнитной жидкости условиями нахождения в течение длительного времени в неоднородном магнитном поле постоянного магнита. Длительное действие этого фактора (в том числе и во время хранения) на магнитную жидкость приводит к перераспределению концентрации частиц вследствие процесса магнитодиффузии (Блум Э.Я., Майоров М.М„ Цебере А.О. Магнитные жидкости. Рига, Зинатные, 1989.

с. 302). Процесс установления диффузион- но-седиментационного равновесия может сопровождаться конвективным движением (Блум Э.Я.,РимшаА.Я.,Чухров А.Ю. Конвенция и массоперенос при высокоградиент- ной магнитной сепарации коллоидных частиц. Ж. Магнитная гидродинамика, 1987, № 2, с. 28-30). Как следствие будет происходить расслоение магнитной жидкости и магнитофоретическое оседание час- тиц на поверхность магнита, что, в свою очередь, со временем уменьшает способность жидкости поддерживать постоянный магнит во взвешенном состоянии, а, следовательно, сокращает срок службы акселеро- метра.

Цель изобретения - повышение срока службы акселерометра.

Поставленная цель достигается тем, что в акселерометр, содержащий цилиндриче- скую ампулу, заполненную магнитной жидкостью, инерционную массу, помещенную в жидкость, генератор, фазочувствительный выпрямитель, усилитель, обмотку возбуждения, соединенную с генератором и опорным входом фазочувствительного выпрямителя, две сигнальные и силовую обмотку, при этом сигнальные обмотки подключены к сигнальным входам фазочувствительного выпрямителя, который через усилитель соединен с силовой обмоткой и резистором, введена дополнительная обмотка возбуждения, расположенная непосредственно на ампуле и соединенная с источником постоянного тока, при этом инерционная масса выполнена из магнито- мягкого материала с магнитной проницаемостью отличной от магнитной проницаемости магнитной жидкости.

Наличие указанных признаков позволя- ет сделать вывод о новизне технического решения.

Сравнение заявленного решения с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить совокупность признаков, отличающих заявленное решение от прототипа.

Таким образом, заявленная совокупность признаков, характеризующая устройство, обладает критерием изобретения Существенные отличия и обеспечивает достижение положительного эффекта - повышение срока службы акселерометра.

На чертеже изображена упрощенная конструктивная схема акселерометра.

Устройство содержит цилиндрическую ампулу 1, заполненную магнитной жидкостью 2, инерционную массу 3, помещенную в жидкость 2. первую обмотку 4 возбуждения, две сигнальные обмотки 5, 6, включенные встречно, силовую обмотку 7, вторую обмотку 8 возбуждения, при этом первая обмотка 4 возбуждения соединена с генератором 9 (Быстрое Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. М., Высшая школа, 1989, с. 121) и опорным входом фазочувствительного выпрямителя 10 (Быстрое Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. М., Высшая школа, 1989, с. 124). На вторую обмотку 8 возбуждения подается напряжение возбуждения Uo от источника постоянного тока (не показан). Сигнальные обмотки 5, 6 соединены с сигнальными входами фазочувствительного выпрямителя 10 (Быстрое Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. М,, Высшая школа, 1989, с. 126). Выход фазочувствительного выпрямителя 10 через усилитель 11 (Шульц Ю. Электроизмерительная техника. 1000 понятий для практиков. Справочник. М., Энергоиздат, 1989, с. 240) соединен с силовой обмоткой 7 и резистором 12.

Акселерометр работает следующим образом.

При подаче напряжения Uo на вторую обмотку 8 возбуждения инерционная масса 3 намагничивается и приобретает свойства постоянного магнита. На ферромагнитное тело, помещенное в магнитную жидкость, при подаче магнитного поля действует дополнительная к силе Архимеда выталкивающая сила. Под действием выталкивающей силы инерционная масса начинает левитировать (Б.М.Берковский, В.Ф.Медведев, М.С.Краков. Магнитные жидкости. М., Химия, 1989, с. 77).

При отсутствии ускорения инерционная масса 3 находится в устойчивом равновесии и занимает относительно ампулы 1, сигнальных обмоток 5, 6, возбуждающих обмоток 4, 8, а также силовой обмотки 7 симметричное положение. Сигнал на сигнальных входах фазочувствительнэго выпрямитиеля 10 отсутствует, т.к. сигнальные обмотки 5, 6 включены встречно. Следовательно, отсутствует ток на силовой обмотке 7 и падение напряжения на резисторе 12.

При наличии ускорения на инерционную массу 3 действует сила инерции Fa, которая выводит его из равновесия, что фиксируется сигнальными обмотками 5, 6.

Ра аЛ/у(рм -/Омж), где а - действующее на массу ускорение;

Vy - объем инерционной массы

/Эм - плотносто вещества инерционной массыз

- плотность магнитной жидкости.

На выходе фазочувствительного выпрямителя 10 (ФЧВ) формируется постоянное напряжение, пропорциональное ускорению. Это напряжение усиливается усилителем 11 и подается на силовую обмотку 7, в которой появляется ток, создающий в ампуле 1 магнитное поле. Магнитное поле тока в силовой обмотке 7 создает магнитную силу

FM

Рм«//о()7Н-Уу,

А м

где тг-10 тн/м;

,«м - намагниченность материала инерционной массы 3 (цилиндра) j

РМЖ./ЭМ - плотность магнитной жидко- сти 2 и материала инерционной массы соответственно;

Ммж намагниченность магнитной жидкости 2;

VH - градиент магнитного поля, созда- ваемого силовой обмоткой 7 и второй обмоткой 8 возбуждения;

Vy - обьем инерционной массы 3 (цилиндра),

которая возвращает инерционную массу 3 в исходное положение.

Таким образом при равенстве Fa FM происходит полная компенсация возмущающего воздействия. Ускорение а определяется так:

.

Vy (/Эм - /0„ж)

Сигнал, пропорциональный ускорению, фиксируется в виде падения напряжения на резисторе 12.

После окончания работы акселерометра напряжение Uo с второй возбуждающей обмотки 8 снимается. Магнитное поле, которое создавалось второй возбуждающей обмоткой 8, исчезает, инерционная масса 3,

выполненная из магнитомягкого материала, размагничивается и не левитирует. Акселерометр возвращается в первоначальное состояние. При этом остаточная намагниченность инерционной массы 3 остается порядка 10 А/м, в то время как остаточная намагниченность постоянного магнита обычно составляет « 106 А/м. Поэтому в случае изготовления инерционной массы 3 и магнитомягкого материала магнитная жидкость 2 находится в условиях, препятствующих ее расслоению во время хранения. Таким образом достигается цель - повышение срока службы акселерометра.

Формула изобретения Акселерометр, содержащий цилиндрическую ампулу, заполненную магнитной жидкостью, инерционный элемент, помещенный в жидкость, генератор, фазочуест- вительный выпрямитель, усилитель, обмотку возбуждения, соединенную с генератором и с опорным входом фазочувствительного выпрямителя, две сигнальные и силовую обмотки, при этом сигнальные обмотки подключены к сигнальным входам фазочувствительного выпрямителя, выход которого последовательно соединен с усилителем, силовой обмоткой и резистором, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы акселерометра, в него введена дополнительная обмотка возбуждения, расположенная непосредственно на ампуле и соединенная с источником постоянного тока, при этом инерционная масса выполнена из магнитомягкого материала с магнитной проницаемостью, отличной от магнитной проницаемости магнитной жидкости.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейных ускорений подвижных объектов акселерометром с жидкостным подвесом инерционной массы. Сущность изобретения акселерометр содержит цилиндрическую ампулу, заполненную магнитной жидкостью, инерционный элемент, помещенный в жидкость, генератор, фазо- чувствительный выпрямитель, усилитель, обмотку возбуждения, соединенную с генератором и опорным входом фазочувстви- тельного выпрямителя, две сигнальные и силовую обмотки, при этом сигнальные обмотки подключены к сигнальным входам фа- зочувствительного выпрямителя, выход которого последовательно соединен с усилителем, силовой обмоткой и резистором. Новым в устройстве является введение дополнительной обмотки возбуждения, расположенной непосредственно на ампуле и соединенной с источником постоянного тока, а также выполнение инерционной массы из магнитомягкого материала с магнитной проницаемостью, отличной от магнитной проницаемости магнитной жидкости. 1 ил Ј