Датчик изменений линейных ускорений

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАПИСТИЧ ЕСКИРЕСПУБЛИК 5 001 Р 1 ГО СУДА ВЕДОМ (ГОСПА СТ В Е ННОЕ ПАТЕНТНОЕВО СССРНТ СССР) ПИСАН ОБРЕТЕН И ИДЕТЕЛ ЬСТ СКОМУ СССР9. ССР ИНЕЙН относитй техникеервой пртел по вр 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 - радиально намагниченный магнит, свободно охватывающий магнитомягкую ось, соединяющую основания магнитопровода 1,11.Недостатком известного устройства 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(54) ДАТЧИК ИЗМЕНЕНИЙ ЛУСКОРЕНИЙ57) Использование: изобретеник информационно-измерительнопредназначено для измеренияизводной ускорения движущихс мени, Сущность изобретения; датчик содержит цилиндрический магнитопровод, измерительные обмотки и подвижный радиально намагниченный магнит. Новым является наличие на внутренней поверхности магнитопровода кругового паза шириной, равной ширине подвижного элемента, а также установка в торцах магнитопровода и оси маг- . нитопровода кольцевых магнитов полюсами к одноименным полюсам подвижного элемента. С целью увэличения . чувствительности в пазу размещена дополнительная измерительная .обмотка, включенная последовательно согласно с основными. 1 з,п, ф-лы, "; ил,преобразователя узла положительной жест-р кости, взаимодействующего с подвижным ф 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.полезно задействован поток только той части постоянного магнита, которая перекрывается площадью полюса,Целью изобретения является расширение диапазона измерений.Поставленная цель достигается тем, чтов датчике изменений линейных ускорений,содержащем полый цилиндрический магнитопровод, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенные последовательносогласно, и в качестве подвижного элемента - радиально намагниченный магнит, свободно охватывающий магнитомягкую ось,соединяющую основания магнитоправода,на внутренней поверхности магнитопровода расположен круговой паз шириной, равной ширине подвижного элемента, в торцахцилиндрического магнитопровода и магнитомягкой оси соосно установлены кольцевые продольно намагниченные магнитыполюсами к одноименным полюсам подвижного элемента, причем магниты в торцах цилиндра имеют внутренний диаметр,одинаковь 1 й с внутренним диаметром цилиндра, кольцевые магниты в торцах осиимеют наружный диаметр, совпадающий сдиаметром оси, при этом погпоса у магнитовбольшого диаметра расположены на противолежащих ребрах.С целью увеличения чувствительностидатчика в пазу размещена дополнительнаяизмерительная обмотка, включенная последовательно согласно с основными и имеющая внутренний радиус, равныйвнутреннему радиусу магнитогровода,В заявляемом устройстве на внутренней поверхности магнитопровода имеетсякруговой паз шириной, равной ширине подвижного элемента, в торцах магнитопровода и оси установлены кольцевые магнитыполюсами к одноименным полюсам подвижного элемента,При таком решении на смещеннуюинерционную массу действует возвратноеусилие со стороны кольцевых магнитов. Г одобное использование и размещение магнитов реализует возможности магнитнойпружины, противоусилие которой тем сильнее, чем больше отклонение подвижногоэлемента от положения равновесия, Предлагаемое устройство способно измерять величину изменений ускорений не только прикратковременных, но и при длительных воздействиях инерционных сил, Преимущество, достигнутое относительно прототипа,обусловлено тем, что инерционная массалишена возможности непрерывного движения в течение всего периода, постоянногопо величине воздействия, большего чем сила притяжения магнитной подвижной мас одна пара продольно намагниченных колец 45 10 и 11 с расположением полюсов напротиволежащих внутреннем и внешнем ребрамустановлена в торцах цилиндра 1, вплотнуюк обмоткам 5 и 6. При этом полюса кольцевых магнитов 8 и 9, 10 и 11 направлены к50 одноименным полюсам инерционного элемента 7.На внутренней поверхности цилиндра 1выполнен круговой паз 12, ширина которого равна ширине подвижного элемента 7, а 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. 1015 20303540 сы к полюсу, т,к, возвратное усилие магнитной пружины увеличивается пропорционально отклонению подвижного элемента от исходного полокения,Известен измерительный преобразователь, содержащий полый цилиндрическиймагнитопровод с внутренним кольцевым полюсом 2, У оснований магнитопровода расположены две основные измерительныеобмотки, включенные последовательно согласно инерционной массой служит радиально намагниченный магнит, вплотную к обеим сторонам полюса расположены дополнительные измерительные обмотки.Б заявляемом техническом решении имеется дополнительная измерительная обмотка, уложенная в круговой паз на внутренней поверхности магнитопровода,Это решение позволяет реализовать более эффективное использование магнитного поля инерционного элемента и поэтому получить более высокую чувствительность, чем в прототипе, Вместе с тем использование одной дополнительной измерительной обмотки вместо двух, как в измерительномпреобразователе 21, позволяет повысить надежность устройства без снижения чувствительности, достигаемой применением известного технического решения.На чертеже приведена конструкция предлагаемого датчика,Датчик изменений линейных ускорений содержит полый ферромагнитный цилиндр1. Магнитомягкая ось 2 соединяет между собой ферромагнитные фланцы 3 и 4, прилега 1 ощие к цилиндру 1. На оси 2 у фланцев расположены две измерительные обмотки 5 и 6, включенные последовательно согласно. Инерционный элемент 7, представляющийсобой радиально намагниченный магнит,свободно охватывает ось 2, в торцах которой вплотную к фланцам установлена пара продольно намагниченных колец 8и 9, ещв1777091 Составитель М, ИвановТехред М.Моргентал КоРРеоР О, Кравцова едактор каз 4120 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10 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 неравномерно, но постоянно во времени, поэтому выходной сигнал также равен нулю. Фиксированность положения инерционной массы при наличии постоянной по величине силы инерции обеспечивается взаимоотталкиванием 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 изменяющейся 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, которая 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 за счет уменьшения объема используемой ап паратуры. Формула изобретения 1. Датчик изменений линейных ускоре ний, содержащий полый цилиндрический магнитопровод, две основные обмотки у оснований магнитопроводэ; соединенные последовательно согласно, и подвижный элемент в виде радиал но намагниченного 10 магнита, свободно охватывающего магнитомягкую ось, соединяющую основания магнитопровода, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, на внутренней поверхности магниторовода15 выполнен круговой паз, ширина которого равна ширине подвижного элемента, в торцах цилиндрического мэгнитопровода и магнитомягкой оси соосно установлены кольцевые продольно намагниченные маг ниты, расположенные одноименными полюсами к полюсам подвижного элемента, причем кольцевые магниты в торцах цилиндрического мэгнитопровода имеют внутренний диаметр, равный внутреннемудиаметру 25 цилиндрического магнитопровода, кольцевые магниты в торцах магнитомягкой оси имеют наружный диаметр, равный наружному диаметру магнитомягкой оси, при этом полюса у каждого кольцевого магнита боль шого диаметра расположены по диагонали его сечения.2. Датчик по и 1, о тл и ч а ю щи й с я тем, что в круговом пазу размещена дополнительная измерительная обмотка, вклю ченная последовательно согласно с основными обмотками, при этом внутренний радиус дополнительной обмотки равен внутреннему радиусу цилиндрического магнитопровода. д 15 1 О 6 Ф