Датчик изменений линейных ускорений Советский патент 1992 года по МПК G01P15/11 

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, предназначено для измерения первой производной ускорения движущихся тел по времени и может быть использовано для контроля виброускорений или динамических нагрузок при ударах.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является преобразователь изменений линейных ускорений, содержащий полый цилиндрический магнитопровод, две обмотки у оснований магни- топровода, соединенные последовательно согласно, и в качестве подвижного элемента - рэдиально намагниченный магнит, свободно охватывающий магнитомягкую ось, соединяющую основания магнитопро- .

Недостатком известного устройстаа является то, что измерение первой производной ускорения в этом, приборе возможно - лишь для коротких импульсов ускорения не-, большой амплитуды. Этот недостаток объясняется отсутствием в конструкции

преобразователя узла положительной жесткости, взаимодействующего с подвижным элементом. При воздействии на устройство силы инерции, обусловленной ускорением и превышающей силу притяжения магнита к полюсу, инерционная масса сместится. Но сила притяжения смещенного магнита не увеличится по сравнению с исходным положением, и даже, если внешняя сила при этом не возрастет, а лишь останется постоянной, инерционный элемент будет непрерывно смещаться до достижения крайнего положения. Возвращение подвижной массы в исходное состояние будет происходить при уменьшении внешнего воздействия до величин, меньших силы притяжения магнита к полюсу. При нагрузках, создаваемых большими величинами ускорений, движение инерционной массы происходит с пропорционально большей скоростью и быстрее достигаются крайние положения. Другой недостаток известного преобразователя - невысокая чувствительность, как следствие малоэффективного использования магнитного поля подвижной массы, т.к.

fe

VI XI VJ

О

ю

полезно задействован поток только той части постоянного магнита, которая перекрывается площадью полюса.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике изменений линейных ускорений, содержащем полый цилиндрический магни- топровод, две обмотки у оснований магни- топровода, соединенные последовательно согласно, и в качестве подвижного элемента - радиально намагниченный магнит, свободно охватывающий магнитомягкую ось, соединяющую основания магнитопровода, на внутренней поверхности магнитопровода расположен круговой паз шириной, равной ширине подвижного элемента, в торцах цилиндрического магнитопровода и магни- томягкой оси соосно установлены кольцевые продольно намагниченные магниты полюсами к одноименным полюсам подвижного элемента, причем магниты в торцах цилиндра имеют внутренний диаметр, одинаковый с внутренним диаметром цилиндра, кольцевые магниты в торцах оси имеют наружный диаметр, совпадающий с диаметром оси, при этом полюса у магнитов большого диаметра расположены на противолежащих ребрах.

С целью увеличения чувствительности датчика в пазу размещена дополнительная измерительная обмотка, включенная последовательно согласно с основными и имеющая внутренний радиус, равный внутреннему радиусу магнитопровода.

В заявляемом устройстве на внутренней поверхности магнитопровода имеется круговой паз шириной, равной ширине подвижного элемента, в торцах магнитопровода и оси установлены кольцевые магниты полюсами к одноименным полюсам подвижного элемента.

Пои таком решении на смещенную инерционную массу действует возвратное усилие со стороны кольцевых магнитов. Подобное использование и размещение магнитов реализует возможности магнитной пружины, противоусилие которой тем сильнее, чем больше отклонение подвижного элемента от положения равновесия. Предлагаемое устройство способно измерять величину изменений ускорений не только при кратковременных, но и при длительных.воздействиях инерционных сил- Преимущество, достигнутое относительно прототипа, обусловлено тем, что инерционная масса лишена возможности непрерывного движения в течение всею периода, постоянного по величине воздействия, большего чем сила притяжения магнитной подвижной массы к полюсу, т.к. возвратное усилие магнитной пружины увеличивается пропорционально отклонению подвижного элемента от исходного положения.

Известен измерительный преобразователь, содержащий полый цилиндрический магнитопровод с внутренним кольцевым полюсом 2. У оснований магнитопровода рас- положены две основные измерительные

0 обмотки, включенные последовательно согласно инерционной массой служит радиально намагниченный магнит, вплотную к обеим сторонам полюса расположены дополнительные измерительные обмотки.

5 В заявляемом техническом решении имеется дополнительная измерительная обмотка, уложенная в круговой паз на внутренней поверхности магнитопровода.

Это решение позволяет реализовать бо0 лее эффективное использование магнитного поля инерционного элемента и поэтому получить более высокую чувствительность, чем в прототипе. Вместе с тем использование одной дополнительной измерительной

5 обмотки вместо двух, как в измерительном преобразователе 2, позволяет повысить надежность устройства без снижения чувствительности, достигаемой применением известного технического решения.

0 На чертеже приведена конструкция предлагаемого датчика,

Датчик изменений линейных ускорений содержит полый ферромагнитный цилиндр 1. Магнитомягкая ось 2 соединяет между

5 собой ферромагнитные фланцы 3 и 4, прилегающие к цилиндру 1. На оси 2 у фланцев расположены две измерительные обмотки 5 и б, включенные последовательно согласно, Инерционный элемент 7, представляющий

0 собой радиально намагниченный магнит, свободно охватывает ось 2, в торцьх которой вплотную к фланцам установлена пара продольно намагниченных колец 8 и 9, еще одна пара продольно намагниченных колец

5 10 и 11 с расположением полюсов на противолежащих внутреннем и внешнем ребрах установлена в торцах цилиндра 1, вплотную к обмоткам 5 и б. При этом полюса кольцевых магнитов 8 и 9, 10 и 11 направлены к

0 одноименным полюсам инерционного элемента 7.

На внутренней поверхности цилиндра 1 выполнен круговой паз 12, ширина которого равна ширине подвижного элемента 7, а

5 местонахождение паза сбответствует центральному положению инерционной массы 7, В пазу 12 уложена дополнительная измерительная обмотка 13, включенная последовательно согласно с основными обмотками 5 и 6.

Датчик работает следующим образом.

При движении исследуемого объекта с постоянной скоростью инерционный элемент 7 находится в среднем положении под действием сил отталкивания одноименных полюсов подвижной массы и пар кольцевых магнитов 8, 9 и 10, 11. При этом на выходе датчика сигнал отсутствует.

Если движение объекта происходит с постоянным ускорением, то подвижный магнит 7 занимает устойчивое смещенное положение в результате воздействия силы инерции неизменной величины. В этом случае распределение магнитного потока в правой и левой частях датчика неравномер- но, но постоянно во времени, поэтому выходной сигнал также равен нулю. Фиксированность положения инерционной массы при наличии постоянной по величине силы инерции обеспечивается взаимооттал- киванием одноименных полюсов подвижного элемента 7 и магнитов 8, 9 и 10, 11.

В том случае, когда объект перемещается с переменным ускорением, подвижный элемент 7 движется под влиянием изменя- ющейся силы инерции. Изменения потока, происходящие при этом, наводят ЭДС в измерительных обмотках 5 и б. При пересечении витков катушки 13 полем движущегося магнита в них также наводится ЭДС, кото- рая складывается с ЭДС, полученными в основных измерительных катушках.

Использование заявляемого технического решения позволит производить измерения изменений ускорений как при кратковременных, так и при длительных воздействиях инерционных сил, что удешевит стоимость измерительного комплекса

5 в

LL

Редактор

о

Составитель М. Иванов Техред М.Моргентал

5

0 5 0

5 0

5

за счет уменьшения объема используемой аппаратуры.

Формула изобретения 1 Датчик изменений линейных ускорений, содержащий полый цилиндрический магнитопровод, две основные обмотки у оснований магнитопровода, соединенные последовательно согласно, и подвижный элемент в виде радиал но намагниченного магнит а, свободно охватывающего магнито- мягкую ось, соединяющую основания мзг- нитопровода, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, на внутренней поверхности магниторовода выполнен круговой паз, ширина которого равна ширине подвижного элемента, в торцах цилиндрического магнитопровода и магнитомягкой оси соосно установлены кольцевые продольно намагниченные магниты, расположенные одноименными полюсами к полюсам подвижного элемента, причем кольцевые магниты в торцах цилиндрического магнитопровода имеют внутренний диаметр, равный внутреннему диаметру цилиндрического магнитопровода, кольцевые магниты в торцах магнитомягкой оси имеют наружный диаметр, равный наружному диаметру магнитомягкой осиТпри этом полюса у каждого кольцевого магнита большого диаметра расположены по диагонали его сечения.

2. Датчик по п.1,отличающийся тем, что в круговом пазу размещена дополнительная измерительная обмотка, включенная последовательно согласно с основными обмотками, при этом внутренний радиус дополнительной обмотки равен внутреннему радиусу цилиндрического магнитопровода.

15 1 11 6 ч

I i j ih (

Корректор о. Кравцова

Использование: изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для измерения первой производной ускорения движущихся тел по времени, Сущность изобретения: датчик содержит цилиндрический магнитопровод, измерительные обмотки и подвижный радиально намагниченный магнит. Новым является наличие на внутренней поверхности магнито- провода кругового паза шириной, равной ширине подвижного элемента, а также установка в торцах магиитопровода и оси маг- нитопровода кольцевых магнитов полюсами к одноименным полюсам подвижного элемента. С цэлью увэличения чувствительности в пазу размещена дополнительная измерительная обмотка, включенная последовательно согласно с основными. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.