ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ АЗИМУТАЛЬНЫХ РАЗВОРОТОВ Советский патент 2006 года по МПК G01H1/10 

Предлагаемое изобретение относится к геофизическим приборам для измерения угловых разворотов, класс 42с, 42 (МПК G 01 H, 1/10).

При сейсмическом действии ядерного взрыва в грунте, кроме продольных и поперечных волн, возникают колебания грунта, характеризующиеся разворотом относительно вертикальной оси. Такие азимутальные развороты грунта приводят к развороту стартов и установок для пуска ракет, что нарушает точность прицеливания.

Расчет возможной величины азимутального разворота может быть выполнен на основании изучения динамики азимутальных колебаний грунта при ядерных и модельных взрывах.

В настоящее время остаточные развороты определяются путем геодезической съемки до и после взрыва. Измерение динамики азимутального движения грунта в момент взрыва производится при помощи гироскопической установки с амплитудно-фазовым угломером.

Гироскопическая установка обладает достаточной точностью измерений, однако для массовых полевых измерений имеет следующие недостатки:

- большой вес;

- сложна по устройству и поэтому очень дорога;

- не выдерживает больших перегрузок, характерны для ближней зоны ядерного взрыва.

Известные датчики крутильных колебаний предназначены для измерения колебаний на валах и, кроме того, между инертной массой и корпусом, укрепленным на вале, есть другая связь, которая вносит ошибки при измерении низкочастотных колебаний и не позволяет измерять остаточные развороты.

С целью устранения этих недостатков нами предлагается датчик, в котором чувствительным элементом, сохраняющим первоначальное фиксируемое до взрыва положение участка грунта (или исследуемого объекта) в месте измерения, является инертная масса, подвижно закрепленная в корпусе на радиально-упорных подшипниках. При изменении угла относительного положения инертной массы и корпуса, скрепленного с грунтом (элементом конструкции) формируется электрический сигнал индуктивным преобразователем, причем сердечник преобразователя закреплен на инертной массе, а катушки, с которых снимается сигнал, - на корпусе. Фиксирование начального положения инертной массы непосредственно перед взрывом достигается дистанционным включением бессердечникового электромагнита, взаимодействующего с постоянным магнитом, закрепленным на инертной массе датчика.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), где дан общий вид датчика.

Устройство датчика и его работа

Чувствительный элемент 1 датчика представляет собой инертную массу, подвижно закрепленную на оси корпуса 2 на радиально-упорных подшипниках. На двух подшипниках инертная масса закреплена на промежуточной втулке 3, на двух других подшипниках втулка вращается вокруг оси корпуса. Такая конструкция повышает надежность подвижной связи пары: инертное тело - корпус. Инертное тело выполнено в виде металлического цилиндра диаметром ⊘=200 мм и высотой h=40 мм с закрепленными на нем двумя сердечниками 4 индуктивного преобразователя, расположенными с шагом в 180° по радиусу 120 мм, и двумя постоянными магнитами 5.

После установки сердечников и магнитов производится балансировка инертного тела относительно оси, преследующая цель исключения поворотов инертной массы при воздействии линейных перемещений корпуса датчика.

Сердечники индуктивного преобразователя (сталь ст.3, ⊘=7 мм) входят в осевые отверстия многовитковых катушек 6, каркас которых изготовлен из органического стекла, и жестко крепятся на корпусе. Количество витков провода ПЭВ-2 - 0,2 мм в каждой катушке W=300. В исходном положении край сердечника располагается в центре катушки. Обмотки катушек соединены по дифференциальной схеме, выводы от катушек из датчика осуществлены многожильным кабелем. Движение сердечника в катушках ограничено углом ±5° от исходного положения, что позволяет сохранить силовую связь между постоянным магнитом, впресованным в инертное тело, и бессердечниковой катушкой 7 электромагнита, подключаемой к источнику тока для постановки инертного тела в исходное положение перед измерением.

Для обеспечения надежной статической тарировки индуктивного преобразователя на корпусе датчика укреплен понижающий червячно-шестеренчатый редуктор 8, на выходной оси которого размещается на время тарировки съемный обрезиненный ролик 9, поджимающийся к цилиндрической поверхности инертного тела. На входной оси редуктора имеется указатель с лимбом 10, проградуированным в углах поворота инертной массы. Минимальное деление шкалы лимба 5°, что соответствует 15'' угла поворота инертного тела.

Корпус датчика выполнен из сплава алюминия. Габаритные размеры ⊘=290 мм, h=90 мм, вес 5 кг. Внутренний объем корпуса герметичен.

Проверка работы датчика азимутальных разворотов в лабораторных условиях показала, что датчик может измерять угловые развороты до ±5° с точностью до 30''.

Датчик измерения азимутальных разворотов содержит корпус с размещенной в подшипниках инерционной массой и бесконтактный преобразователь смещения в электрический сигнал. Также он снабжен арретиром, выполненным в виде постоянного магнита, укрепленного на инерционной массе. Ось намагничивания постоянного магнита перпендикулярна ее боковой поверхности и бессердечниковой катушке электромагнита. Бессердечниковая катушка электромагнита установлена на корпусе с зазором относительно постоянного магнита. Технический результат - повышение точности измерения. 1 ил.

Датчик измерения азимутальных разворотов, содержащий корпус с размещенной в подшипниках инерционной массой и бесконтактный преобразователь смещения в электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен арретиром, выполненным в виде постоянного магнита, укрепленного на инерционной массе, ось намагничивания которого перпендикулярна ее боковой поверхности, и бессердечниковой катушкой электромагнита, установленной на корпусе с зазором относительно постоянного магнита.