Двухкомпонентный датчик ускорения

(51 НИЕ ИЗОБРЕТЕН О сакова 972УСКО измери- щийся едекорени сится к измериименно к устрой- .я параметров мехаия в электрический Изобретение отно тельнои технике, ствам преобразова нического перемещ сигнал. Ж М тировки датчика а принципиальна а фи п иве гаемогохема обранструктивная. схематчика; на фиг. 2тки сигналов.Датчик состоит из пр ок связ кор гнитГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится ктельной технике. Самоюстируюдатчик ускорения позволяет оплить величину и направление у Целью изобретения является повьппение точности измерений за счет саморемещающимся объекто котором закреплена м Магнитная система со магнйтов 2 (например самарийкобальтовые м путем измерения знака и величины выходного напряжения двух датчиков Холла, связанных с инерционной массой,размещенной в неоднородном магнитномполе. Для этого инерционная масса 4выполнена из диамагнитного материалаи размещена с возможностью отклоненияот оси симметрии магнитной системы.Магнитная система, жестко связаннаяс корпусом 1, состоит из четырех постоянных магнитов 2 с полюсными нако-нечниками 3 гиперболического профиляи образуют магнитный квадруполь,Пластины двух взаимоперпендикуляр"ных датчиков Холла 5, 6 связаны синерционной массой и расположены параллельно оси симметрии магнитнойсистемы, 2 ил ными наконечниками 3. Полюсные наконечники имеют сечение гиперболы, размещены так, что одноименные полюса лежат в противолежащих квадратах. В центре магнитной системы с возможностью отклонения от него (например, на растяжке или подвесе) укреплена инерционная масса 4, выполненная из диамагнитного материала (висмут, медь и др.). С инерционной массой жестко связаны два взаимоперпендикулярных датчика Холла 5 и 6, установленных так, что их пластины размещены подоуглом 45 к осям постоянных магни1569724 Инерционная масса 4 с пластинамидатчиков Холла,5 и 6 под действиемсил инерции пропорциональных ускорению отклоняется в любом направлениина плоскости Х-У (фиг.1), При этом5значения выходных сигналов датчиковХолла 11,Б изменяются на величины,1 ф 2пропорциональные Н зЫ Ц и Нсов,где Н - напряженность магнитного погля в точке расположения датчиков,Холла;" угол, составляемый вектором ускорения с осью Х,Отклонение инерционной массы отположения равновесия происходит дотех пор, пока инерционная сила, дей"ствующая на нее, не уравновеситсяпондеромоторной силой, действующейна диамагнитное поле, помещенное в неоднородном магнитном поле,20Величина пондеромоторной силы определяется по формулеГ ш х Нг. 8 гасйг,где ш - масса тела;х - магнитная восприимчивость.Направление силы зависит от знакамагнитной восприимчивости вещества,из которого изготовлена инерционнаямасса 4. Для диамагнитных тел магнитная восприимчивость отрицательна и. такие тела выталкиваются из областиполя с большей напряженностью. Учитывая, что для используемой магнитной системы Напряженность магнитного полявыражается формулойН -"Нг 35г о эгде Н - напряженность магнитногополя .на полюсном наконечнике;г - радиус"вектор системы.40Учитывая, что градиент напряженности магнитного поля величина постоянная, можно записать:Р а х дав Н,г,те. чем больше отклонение инерционной массы 4 от оси симметрии, тем4 2 Я Р Н, -в 21 пН с; 1 пН,.с, - с,Н В результате индикатор фиксирует величину, пропорциональную напряженности магнитного поля, т,е, величину, прямо-. пропорциональную определяемому ускорению, Вторая, параллельная первой, схема обработки сигнала включает два индикатора 17 и 18, фиксирующих величину и знак выходных ЭДС Я 22 11 -е,сН 81 ти -ъ с Н 81 п П сН сов - сН сов цбольше уравновешивающая пондеромоторная сила, действующая на нее, Таким образом, при снятии ускорения инерционная масса возвращается в исходное состояние.В предлагаемом датчике не требуется производить специальной начальной юстировки, т.е, установления инерционной массы 4 и связанных с ней магниточувствительных элементов 5 и 6 в определенную точку поля, поскольку инерционная масса, выталкиваясь иэ любой области поля с напряженностью, не равной нулю, самопроизвольно устанавливается по оси магнитной системы, где Н"О, Таким образом, исключается погрешность, связанная с ошибкой начальной установки и ошибкой последующего воспроизводства начальной точки отсчета, за счет чего повышается точность измерения,Величина измеряемого ускорения пропорциональна напряженности магнитного поля в точке расположения датчиков Холла. Сопоставительный анализ выходных ЗДС датчиков Холла с учетом их знаков позволяет определить величину ускорения, а также его напряжение, В качестве примера рассмотрена следующая схема обработки сигнала (фиг.2). На входы 7 и 8 датчиков Холла 5 и 6 последовательно подается постоян- ный ток от источника 9 стабилизрованного тока. Далее используются две параллельные схемы обработки выходных сигналов. Первая включает два аналогичных умножителя 1 О и 11, на входы которых подаются ЗДС Холла, последовательно соединенные сумматор 12 ло/1 гарифматор 13, делитель 14, обратный логарифматор 15 и индикатор 16. Блок последовательно осуществляет следующие операции:1569724 6 Формула изобретения Неопределенность, связанная с неопределенностью Сдпри изменении0-360 с=Тд(у+ о), исключается при учете знаков выходных сигналов, так как в первом квадранте значения Б, и Б положительные, во втором - . И положительное, У отрицательное, в третьем - Б и Б отрицательные, в четвертом - Н, отрицательное, Б положительное. Следовательно, одновременная регистрация величин +Н выл, +Нсоэ ( и их обработка позволяют однозначно определить значение и направление измеряемого ускорения. При этом за начало отсчета должно быть выбрано направление, перпендикулярное оси симметрии магнитной системы в плоскости расположения одного из датчиков Холла, поскольку при перемещении в заданном направлении (х) значения Нсоз=Н, а Н э 3.тном=О Двухкомпонентный датчик ускорения,5содержащий корпус, инерционную массуна подвесе и преобразователь перемещения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерений, преобразователь перемещенийвыполнен в виде магнитной системы изчетырех постоянных магнитов с полюсными наконечниками, размещенных накорпусе и образующих магнитный квадруполь и двух вэаимоперпендикулярныхдатчиков Холла, установленных наинерционной массе, размещенной вцентре квадруполя, причем полюсныенаконечники выполнены гиперболического профиля, инерционная масса - из20 диамагнитного материала, а пластиныо. датчика Холла размещены под углом 45к осям постоянных магнитов,Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 1445НИИПИ Госу Тираж 449 Подписноерственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5