Преобразователь линейных ускорений

(71) Уфимский авиацим. ОрджоникидзеЬ 3) 531 .768(080, 8 С. Жернаков ный институ рское свидетельство СС5 01 Р 1 У 08, 1973. кое свидетельство СССРС 01 Р 1502, 1973(56) 1. Авто У 454483, кл2. Автор М 48182, к (прототип). 4)(Я) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ КОРЕНИЙ, содержавший цилиндрический лый магнитопровод с прямоугольным утренним полюсом, две обмотки у ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬТИ ОПИСАНИН АВТОРСКОМ основании 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 ось магнитопровода, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и крутизны преобразовательной ха 1.актеристики, магнитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные цилиндрические части, выполненные из магнитомягкого материала и состыкованные одна с другой через диамагнитную прокладку, а весь магнитопроводпреобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран,1051 ч 36 2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что внутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магниIтомягкого материала, соосно и жестко связанных друг с другом соединительтывает ферромагнитную ось магнитопровода 12 .Недостатками преобразователя являются относительная громоздкость изначительный вес, которые вызванынеобходимостью использования в немдля достижения требуемой чувствительности кольцевого магнитного элементас большой массой и тяжелых мнсговитковых катушек индуктивности, Это ограничивает Функционально-оперативныевозможности преобразователя, исключая применение последнего при обвязке сложных конструктивных элементовавиационных и ракетных систем, подвергаемых многоточечному контролюкак в процессе лабораторных, так ив процессе полетных испытаний,Значительная масса и габаритыпреобразователя-прототипа при его 20ограниченной разрешающей способностии чувствительности исключают возможность эффективного применения какдля исследования поведения легкихконструкционных элементов, так и для 25контроля слабо выраженных вибрационных процессов.Цель изобретения - повышение чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики при одновременном существенном уменьшении габаритов и веса преобразователя. Поставленная цель достигается тем,что в устройстве, содержащем цилиндЗ 5 рический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, двеобмотки у оснований магнитопровода,соединенных внутренней ферромагнитнойосью, и подвижный элемент, выполнен ный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а более конкретно - к средствам индикациии контроля изменений второй производной скорости летательных объектовпо времени,Известен преобразователь ускоренийвключающий пустотелый цилиндрическиймагнитопровод с неподвижной внутренней осью, средняя часть которой свободно охвачена цилиндрическим сердечником, выполняющим функции инерционной массы, у основания магнитопроводана оси размещены две встречно включенные обмотки возбуждения переменного тока, а сердечник жестко соединенс двумя встречно включенными пружинными обмотками, свободные концы которых жестко соединены с магнитопроводом 1 ,Недостатки и ограничения этогопреобразователя обусловлены тем, чтодля его Функционирования необходимстабилизированный источник питания,а малый рабочий ресурс и недостаточная надежность преобразователя связаны с наличием у него быстроизнашиваемых механических упругих элементов (пружин).Наиболее близким к предлагаемомупо технической сути и выполняемымФункция 14 является преобразователь изменений линейных ускорений, которыйсодержит цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутреннимполюсом, две обмотки у оснований маг.нитопровода, соединенных магнитомягкой осью, и подвижный элемент, выполненный в. виде кольца из радиальнонамагниченного магнита, высота кото.рого равна высоте внутреннего круговго полюса, и который свободно охваной диамагнитной вставкой с диаметром, равным диаметру стержней, приэтом внутренняя поверхность подвижного элемента снабжена запрессованнойв нее Фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопровода.3 1 О 1 равна высоте внутреннего кругового полюса и который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода, магнитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные магнитомягкие цилиндрические части, состыкованные друг с другом через кольцевую диамагнитную прокладку, а весь магнитопровод преобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран, ОВнутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магнитомягкого материала, жестко связанных друг с другом соединительной 5 диамагнитной вст.авкой с диаметром, равным диаметру стержней, причем внутренняя поверхность отверстия подвижного магнитного элемента снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопровода.На фиг. 1 представлена конструкция преобразователя продольно-осевой)диаметральный разрез; на фиг, 2 конструкция внутренней оси магнитопровода видоизмененного преобразователя. 20 Подвижный инерционный элемент преобразователя - радиально намагничен 30 ное кольцо 1 свободно посажено на ферромагнитную ось 2, Внутренняя по верхность кольца 1, скользящая по оси 2, снабжена фторопластовой цилиндрической прокладкой 3, Магнито провод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрическихчастей 4 и 5, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс П-образного профиля 6, который раз делен по своей середине диампгнитным зазором, образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой - шайбойВнешние основания цилиндрических частей 4 и 5 магнитопровода закрыты магнитомягкими фланцами 8 и 9, которые связаны между собой ферромагнитной осью 2, охваченной у фланцев двумя идентичными катушками индуктивности 10 и 11, об. мотки которых соединены согласно - последовательно.Магнитопровод преобразователя сна.- жен внешним диамагнитным корпусом 12, выполняющим одновременно функции 55 электростатического экрана.Внутренняя ось преобразователя маг. нитопровода, охватываемая подвижным 4364магнитным элементом 1, составлена из пары идентичных цилиндрических стержней 3 и 14, выполненных из магнито" мягкого материала Фиг, 2), а также из соединительной диамагнитной вставки 15, которая жестко и соосчо механически связывает между собой магнитомягкие стержни 13 и 14 с помощью симметрично расположенных соединительных элементов 16 и 17. Внешний диаметр диамагнитной вставки 15 равен при этом диаметру сочленяемых этой вставкой магнитомягких стержней 1, 4,Преобразователь Функционирует следующим образом.При перемещении летательнго аппарата или другого обследуемого объекта, на котором установлен преобразователь, с неизменной скоростью, совпадающей по направлению с осью 2 преобразователя, подвижный магнитый элемент 1 находится в нейтральном (средне ) положении, симме 1 ричном относительно обоих расчлененных прокладкой 7 частей внутреннего крупвого полюса 6 магнитпровода.Магнитный поток, создаваемый пдвижным элементом 1, в таком режиме равномерного перемещения контролируемого о(ъекта распределястся псровну по двум симметричным вегеям магнитопровода преобразвателя, ктры разделены диамагнитной прокладкой шайбой 7 и охвачены у оснований сисоответственно катушками индуктивное.ти 10 и 11 фиг. 1). В этом случае в катушках 10 и 11 отсутствует наведенная электродвижущая сила и на выходе среобразователя электрического сигнала нет,Гели кнтролируемый объект перемещается с постоянным време,ным градиентом скорост;й, то на подвижное магнитное кольцо 1 преобразователя под влиянием силы инерции, противоплжной по направлению вектору ускорения исследуемого сбъекта, действует постоянная по величине сила, определяющая смещение магнитного кольца 1 относительно расчлененного диамагнитной прокладкой - шайбой внутреннего кругового полюса 6 маг нитопрвода преобразователя на Фиксир.,в;ное расстояние вдоль направ-ляащй внутренней оси 2. При этом магнитный поток, создаваемый подвижным эл ментом 1, распределяется неравномерно между верхней и нижней(фиг. 1) цилиндрическими частями магнитопровода, содержащими соотеетстеенно катушку 1 О индуктивности и катушку 11 измерительной обмотки преобразователя. Однако ввиду фиксированно-смещенного положения подвижного элемента 1 относительно каждой из расчлененных диамагнитной шайбой 7 частей внутреннего полюса 6 магнитопровода преобразователя переменная составляющая в магнитных потоках, охватывающих катушки индуктивности 1 О и 11, при постоянном ускорении контролируемого объекта отсутствует, что обусловливает также, отсутствие сигнала наведенной электродеижущей силы и на выходе измерительной обмотки преобразователя, образованной согласно-последовательно соединенными катушками индуктивности 10 и 11.В случаях, когда при перемещении исследуемого объекта имеют место вариации ускорения, на подвижныи инерционный элемент - радиально намагниценное кольцо 1 воздействует переменное по величине и знаку усилие, вызывающее непрерывное смещение магнитного кольца 1 вдоль Ферромагнитнойоси 2,Происходящее при этом перераспределение излучаемого подвижным инерционным элементом магнитного потока между двумя расчлененными диамагнит ной кольцевой прокладкой 7 ветвями магнитопроеода, охватываемыми соответственно катушками 10 и 11 индуктивности, приводит к появлению на выходе согласно-последовательно включенных катушек 10 и 11 измерительной обмотки преобразователя электродвижущей силы, величина которой в каждый момент времени является пропорциональной временному градиенту ускорения контролируемого объекта. гПри этом особенностью Функциони" рования данного преобразователя, обу" словленной присущими ему отличитель"ными признаками, построения являетсято обстоятельство, что благодаря расчленению кругового прямоугольного сечения внутреннего полюса 6 цилинд рического магнитопровода 1 и 5 пре" образователя кольцевой диамагнитной прокладкой 7, процесс смещения подвижного магнитного кольца 1 относительно его среднего (нейтрального) положения при изменениях ускорения исследуемых объектов сопровождается остро выраженной дифференциацией и перераспределением разветвляющихся магнитных потоков, раздельно охватывающих катушки 10 и 11 индуктивности,Более резко выраженная по сравнению с усовершенствуемым прототипом взаимная дифференциация магнитных потоков, разветвляющихся по двум цилиндрическим ветвям магнитопровода предлагаемого преобразователя, которые охвачены катушками 10 и 11 и расчленены диамдгнитным зазором с помощью кольцевой прокладки 7, определяет значительно большую, чем у прототипа критичность магнитной системы к положению его подвижного магнитного элемента 1.Этим обусловливаются как пэвышейная острота реакции предлагаемого пре" образователя на отклонение от нейтрального положения его подвижного элемента и отвечающие этому повышен" ная крутизна преобразования и чувст" вительность рассматриваемого устройства, так и возможность реализации и совмещения укаэанных характеристик с повышенной компактностью преобразователя и существенным сни жением его веса, что позволяет резко расширить Функционально-оперативные возможности устройства и область его эффективного практического использования в лабораторных и промышленных условиях.Крутизна преобразовательной характеристики устройства во всем динамическом диапазоне его рабочих частот, а также разрешающая способность и индикаторная чувствительность возрастают в еще большей степени при выполнении предлагаемого преобразо" вателя в соответствии с охарактери" зованным выше видоизмененным исполнением внутренней оси его магнитопровода (Фиг. 2). При одновременном разделении как внешней цилиндрической части магнитопровода преобразователя и его кругового внутреннего полюса 6, так и внутренней ферромагнитной оси 2 магнитопровода диамагнитными зазорами, образуемыми соответственно кольцевой диамагнитной прокладкой - шайбой 7 и соединительной цилиндрической диамагнитной вставкой 15, взаимная дифФеренциация и степень перераспреде" ления магнитных потоков, разветвляющихся по двум цилиндрическим ветвямСоставитель Н. ИараховскаяРедактор Е, Яушникова Техред Я,Иикеш Корректо 6/3 Тираж 87 8 НИИПИ Государс по делам изоб 113035, Иосква, Ж к Подписомитета СССРоткрытийая наб., д, /5Ц венногоетений и5, Раушс пиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,7 10 с 11 магнитопровода преобразователя, содержащим соответственно элементы 1, 8, 10, 13 и 5, 9, 11, 11 (фиг.1 и 2), выражены еще более остро, чем у первой модифйкации индикатор" ного преобразователя фиг . 1) при равных отклонениях подвижного элемента 1 от своего нейтрального положения. 1 ОКрутизна преобразовательной харак теристики и чувствительность известного преобразователя в соответствии с. предлагаемой модификацией его исполнения существенно превосходят приэтом соответствующие параметры прототипа при одновременном уменьшениигабаритов и веса преобразователя, чтосущественно расширяет функциональнооперативные возможности предлагаемого преобразователя и упрощает процесс обвязки исследуемых объектовсистемой преобразовательных узловкак при проведении научно-исследовательских работ,так и при промышленном иэксплуатационно-диагностическом контроле летательных объектов,их отдельныхузлов и конструкционных элементов,