Преобразователь линейных ускорений Советский патент 1992 года по МПК G01P15/11 

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а более конкретно к средствам индикации и контроля изменений второй производной скорости летательных объектов по времени и является усовершенствованием известного устройства, описанного в пол. реш. №4667890/24-10 от 04.10.89 (СССР).

Известный преобразователь линейных ускорений содержит цилиндрический маг- нитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у основания магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально- намагниченного магнита, высота которого

равна высоте внутреннего кругового полюса и который свободно охватывает ферромагнитную магнитопровода, при этом магнитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные магнитомяг- кие цилиндрические части, состыкованные друг с другом через диамагнитную прокладку, а весь магнитопровод преобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран, при этом 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 внутренняя поверхность отверстия подвижного магнитного элемента снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопро- вода, и на внутреннем прямоугольном полюсе магнитопровода расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала.

Недостатком исходного преобразователя линейных ускорений является относительно малая чувствительность и пологая крутизна преобразовательной характеристики, обусловленная малым значением индуктивной ЭДС при малой скорости изменения магнитного потока.

Целью дополнительного изобретения является повышение чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики.

Поставленная цель достигается тем, что в известном преобразователе линейных ускорений по пол. реш. N 4667890/24-10 от 04.10.89., в отличии от прототипа, дополнительно на радиально-намагниченное кольцо с зубчатой внешней поверхностью из магнитомягкого материала и на внутреннем полюсе магнитопровода выполнены продольные прорези с установленными на них диамагнитными шайбами, причем в нейтральном положении зубцы магнитомягкого кольца совпадают и равны по ширине с зубцами внутреннего полюса магнитопровода. Так широко известно применение в науке и технике индуктивных преобразователей с рабочим органом в виде зубчатого сердечника из магнитомягкого материала. Однако в заявленном решении применение зубчатого кольца из магнитомягкого материала и выполнение прорезей в полюсе магнитопровода с последующей установкой на них диамагнитных шайб позволяет получить новый эффект, а именно повышение чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики за счет повышения изменения магнитного потока в единицу времени в сигнальных обмотках при отклонении подвижного элемента от нейтрального положения, т.е. более острая реакция преобразователя на отклонение из-за более острого изменения и магнитного сопротивления полюса по всей его поверхности (у прототипа изменения магнитного сопротивления полюса наблюдается только на его краях), что в известных решениях не достигалось. Это соответствует критерию Существенные отличия.

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

Предлагаемый преобразователь линейных ускорений содержит подвижный инерциально-магнитный элемент - радиально- намагниченное кольцо 1, свободно насажено на ферромагнитную ось 2.

Внутренняя поверхность кольца 1, скользящая по оси 2, снабжена фторопла0 стовой цилиндрической прокладкой 3. Маг- нитопровод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрических частей 4, 5, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс П-образного

5 профиля 6, который разделен по всей середине диамагнитным зазором образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой-шайбой 7 и охватываемым диамагнитным корот- козамкнутым кольцом 8.

0 Внешние основания цилиндрических частей 4, 5 магнитопровода закрыты магни- томягкими фланцами 9 и 10, которые связаны между собой ферромагнитной осью 2, охваченной у фланцев двумя идентичными

5 катушками индуктивности 11 и 12, соединенные согласно-последовательно.

Магнитопровод преобразователя снабжен внешним диамагнитным корпусом 13. Внутренняя ось магнитопровода,охватыва0 емая подвижным элементом 1, составлена из пары идентичных цилиндрических стержней 14 и 15 (фиг. 2), а также из соединительной вставки 16, которая жестко и соосно механически связывает между собой магни5 томягкие стержни 14 и 15 с помощью симметрично расположенных соединительных элементов 17 и 18. Внешний диаметр диамагнитной вставки 16 равен при этом диаметру сочленяемых этой вставкой стержней

0 14 и 15.

На радиально-намагниченное кольцо 1 насажено кольцо 19с зубчатой внешней поверхностью из магнитомягкого материала, и на внутреннем полюсе 6 магнитопровода

5 выполнены продольные прорези с установленными на них диамагнитными шайбами 20, причем в нейтральном положении зубцы 21 магнитомягкого кольца 19 совпадают и равны по ширине с зубцами 22 внутреннего

0 полюса б магнитопровода.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При перемещении контролируемого объекта с неизменной скоростью, подвиж5 ное магнитное кольцо 1 находится в нейтральном положении, магнитный поток распределяется поровну по двум симметричным ветвям магнитопровода, в катушках 11,12 отсутствует ЭДС и на выходе электрического сигнала нет.

Если контролируемый объект перемещается с постоянным временным градиентом скорости, то имеется фиксированно- смещенное положение подвижного магнитного кольца 1 относительно внутреннего полюса 6 магнитопровода преобразователя и переменная составляющая в магнитных потоках, охватывающих катушки индуктивности 11 и 12 при постоянном ускорении контролируемого объекта отсутствует.

В случаях, когда при перемещении исследуемого объектаг имеют место вариации ускорения, на подвижный инерциальный элемент - радиально намагниченное кольцо 1 воздействует переменное по величине и знаку усилия, вызывающее непрерывное смещение магнитного кольца вдоль ферромагнитной оси 2. Происходящее при этом перераспределение, излучаемого подвижным инерциальным элементом, магнитного потока между двумя распеченными диамагнитной кольцевой прокладкой-шайбой 7 ветвями магнитопровода, приводит к появлению на выходе катушек 11 и 12 измерительной обмотки преобразователя ЭДС, величина которой является в каждый момент времени пропорциональный временному градиенту ускорения контролируемого объекта. При этом в короткозамкнутом кольце 6 наводится ЭДС, пропорциональная скорости изменения потока, которая вызывает появление тока, магнитное поле которого усиливает изменение магнитного потока, вызванного движением подвижного магнита. При этом особенностью функционирования данного преобразователя является то, что, т.к. рабочий магнитный поток магнитного кольца 1 проходит через зубцы 21 кольца 19 из магнитомягкого материала и через зубцы 22 полюса магнитопровода (концентратор магнитного потока), то при попеременном отклонении подвижного элемента 1 относительно полюса 6 будет изменение магнитного сопротивления полюса 6 рабочему магнитному потоку по всей его поверхности (2), откуда взаимная дифференциация и степень перераспределения магнитных потоков выражены еще более остро, чем у предыдущей модификации индикаторного преобразователя при равных отклонениях подвижного элемента 1 от своего нейтрального положения.

Таким образом, предложенный преобразователь линейных ускорений, по сравнению с прототипом, позволяет повысить чувствительность и крутизну преобразовательной характеристики. Кроме того, существенно повышается надежность преобразователя, из-за устранения возможности поломки подвижного элемента из ра- диально-намагниченного магнита.

Формула изобретения Преобразователь линейных ускорений, содержащий цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, выполненный составным, содержащим две симметричные цилиндрические части, выполненные из магнитомягкого материала и состыкованные через диамагнитнуга прокладку, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитной осью, выполненной составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магнитомягкого

материала, соосно и жестко связанных друг с другом диамагнитной вставкой с диаметром, равным диаметру стержней, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, внутренняя поверхность которого снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопровода, при этом высота радиально намагниченного кольца равна

высоте внутреннего кругового полюса, на котором расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала, а весь магни- топровод преобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран, отличающийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и крутизны характеристики, в него введены диамагнитные шайбы и кольцо с зубчатой внешней поверхностью из магнитомягкого материала, насаженное на радиально намагниченное кольцо, а на внутреннем полюсе магнитопровода выпол неиы продольные прорези с установленными в них диамагнитными шайбами, причем прорези на внутреннем полюсе магнитопровода совпадают и равны по ширине с впадинами кольца с зубчатой внешней поверхностью.

Использование: относится к информационно-измерительной технике. Сущность изобретения: преобразователь линейных ускорений содержит подвижный инерци- ально-магнитный элемент - радиально намагниченное кольцо, свободно насаженное на ферромагнитную ось. Внутренняя поверхность кольца, скользящая по оси, снабжена фторопластовой цилиндрической прокладкой. Магнитопровод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрических частей, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс П-образного профиля, который разделен по всей середине диамагнитным зазором, образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой-шайбой и охватываемым диамагнитным короткозамкнутым кольцом. На радиально-намагниченное кольцо насажено кольцо с зубчатой внешней поверхностью из магнитомягкого материала, и на внутреннем полюсе магнитопровода выполнены продольные прорези с установленными на них диамагнитными шайбами, причем в нейтральном положении прорези на внутреннем полюсе магнитопровода совпадают и равны по ширине с впадинами кольца с зубчатой внешней поверхностью. 2 ил.