Датчик параметров движения

(5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1льство СС 5/11, 1963 льство СС 5/11, 1970 ЖЕНИЯ сти измена для изкоростей мов и мао(54) ДАТЧИК ПАРАМЕТРОВ ДВИ (57) Изобретение относится к обл рительной техники и преднаэначе мерения линейнйх ускорений и перемещений элементов механи Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения линейных ускорений и,скоростей перемещений элементов механизмов и машин, конструкций сооружений и платформ градуировочных стендов,Известно устройства для бесконтактно го измерения скоростей и ускорений движу щихся электропроводных тел, Устройств содержит трехстержневой магнитопровод обмотку возбуждения, посаженную на сред ний стержень и запитываемую переменны током, две измерительные обмотки, паса женные на крайниестержни и включенны навстречу друг другу, Недостатком устрой ства является необходимость применени специальных генераторов высокой чаСтот для питания обмотки возбуждения, а такж то, что в измерительных обмотках, включен ных последовательно друг другу, индуциру шин, конструкций сооружений и платформ градуировочных стендов, Сущность изобретения состоит в том, что датчик включает в себя магнитопровод, постоянный магнит со штоком, подвижную и неподвижную измерительные обмотки, две концентрические короткозамкнутые из неферромагнитного материала цилиндрические гильзы. Подвижная обмотка установлена внутри гильзы меньшего диаметра и выполнена с возможностью перемещения вдоль оси датчика совместно с магнитом. Длина подвижной обмотки выбрана равной двум длинам магнита, Магнитопровод выполнен с пр резью по образующей. 1 ил. ется единый сигнал, пропорциональный скорости и ускорению перемещения,Известен датчик параметров движения, включающий в себя Е-образный магнитопровод, в основании которого установлены два постоянных магнита, обмотку возбуждения, "запитываемую переменным током, и измерительную обмотку, непосредственно скрепляемую с исследуемым абьектом. Обмотка возбуждения и измерительная обмотка посажены на средний стержень магнитопровода, Выходной сигнал, снимаемый с вторичной обмотки трансформатора, включенного последовательно с измерительной обмоткой,пропорционален величине перемещения, а сигнал, снимаемый с емкости конденсатора). шунтирующей вместе с первичной обмоткой трансформатора измерительную обмотку, пропорционален скорости этого перемещения, т,е. датчик предназначен для измерения скорости и ве30 50 личины перемещения, Наиболее важным параметром, определяющим динамические процессы, является ускорение и скорость перемещения. Этим целям рассматриваемый датчик отвечает не в полной мере. Кро ме того, вследствие конечных значений магнитодвижущей силы постоянных магнитов, датчик обладает ограниченным диапазоном линейной характеристики.Известны также датчики параметров 10 движения, которые функционально предназначены для измерения скорости и величины перемещения, и не предназначены для измерения ускорения.Наиболее близким по технической сущ ности и достигаемому положительному эффекту кзаявляемому изобретению следует считать датчик линейной скорости, содержащий Т-образный магнитопровод, на концах которого установлено два постоянных 20 магнита. Магнитопровод с постоянными магнитами образуют трехстержневую магнитную систему. На средний стержень посажены подвижная и неподвижная измерительньа обмотки, Подвижная обмот каскрепляется исследуемым объектом, Сигнал, индуцируемый в неподвижной обмотке; пропорционален ускорению, в подоикной - скорости. Для снятия сигнала, пропорционального ускорению, подвижная обмотка посредством ключа закорачивается накоротко, Недостатком. датчика является ограниченность диапазона линейной характеристики вследствие невозможности создать равномерное магнитное поле в зазоре магнитной системы на больших перемещениях, а такке невозможность одновременной регистрации сигналов скорости и ускорения,Целями изобретения являются увеличение чувствительности и диапазона линейной характеристики по-ускорению и повышение точности измерения скорости.Увеличение чувствительности и диапазона линейной характеристики по ускореиию достигается тем, что в датчике гГараметрбв движения, содержащем магнитопровод, постоянный магнит со штоком,г 1 бдвикную и неподвижную измерительные обмотки, между подвижной и неподвижной измерительными обмотками установлена короткоэамкиутая из иеферромагиитного металла цилиндрическая гильза, подвижная обмотка выпблнена"с воэможностью перемещгенйя совместно смагнитом, а ее длинавыбрана из соотношения/2 Н=1, где . -длина обмотки, Н - длина магнита.Повышение точнОсти измерения скоростогддСтйгается тем, что в датчиквведена между неподвижной обмоткой и магнитопроводом вторая короткозамкнутая из не- ферромагнитного металла цилиндрическая гильза, а магнитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей.Отличительными признаками являются: В датчик введены две короткозамкнутые из неферромагнитного металла цилиндрические гильзы, одна из которых установлена между подвижной и неподвижной обмотками, другая - между неподвижной обмоткой и магнитопроводом, внутри гильзы меньшего диаметра установлена измерительная обмотка с возможностью перемещения совместно с магнитом, аее длина выбрана из соотношенияО 2 Н=1,где- длина обмотки,Н - длина магнита,Магиитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей.Авторами предлагаемого изобретения не обнаружено решений со сходными признаками, следовательно. рассматриваемое техническое решение обладает существенными отличиями.Сущность предлагаемого устройства основана на индукционном способе преобразованияизмеряемой величины в электрический сигнал. Для получения сигнала, пропорционального ускорению, в датчике использована короткозамкнутая из неферромагнитного металла ципиндрическал гильза, внутри которой помещена измерительная обмотка с воэможностью перемещения совместно с магнитом,При перемещении постоянного магнита с обмоткой вдоль оси датчика в теле гильзы индуцируются значительные по величине кольцевые токи, так как электрическое сопротивление гильзы практически равно нулю, Эти токи, пропорциональные скорости перемещения магнита, создают магнитное поле, изменение которого индуцирует ЭДС в витках измерительной обмотки, Эта ЭДС. пропорциональна скорости изменения наведенного магнитного поля, Поскольку скорость изменения наведенного магнитного поля равна скорости изменения индуцируемых в теле гильзы кольцевых токов или скорости перемещения магнита, то сигнал в измерительной обмотке пропорционален измеряемому ускорению,Кольцевые токи наводятся только в той части тела гильзы, которая пронизывается магнитным полем постоянного магнита. Поэтому применение цилиндрической гильзы обуславливает равные условия для наведения ЭДС, в каком бы месте не находился магнит на оси гильзы, что обеспечивает линейность характеристики датчика по пере20 40 45 50 мещени 1 о по измеряемому ускорению перемещения исследуемого обьекта).Эксперимеитальные исследования, проведенные авторами по определению пространственного распределения магнитной индукции магнита вдоль оси и радиуса датчика показали, что магнитная индукция на уровйе расположения гильзы приближается к нулевому значению на расстоянии от полюса магнита, равноо половине длины магнита, Поэтому для более эффективного преобразования измеряемого ускорения в величину сигнала, т.е. для увеличения чувствительности, длина намотки измерительной обмотки выбрана равной двум длинам магОдновременно при перемещении магнита наводится ЭДС в неподвижной обмотке, и ропорциональная скорости перемещения,Однако вследствие использования в индукционных преобразователях магнитопровода в теле последнего индуциру 1 отся кольцевые токи, которые,в своя очередь, наводят ЭДС В измерительной обмотке, пропорциональные ускорению, т.е. сигнал скорости искакается сигналом ускорения или понижается точность измерения,Таким же образом на точность измерения скорости влияет металлическая гильза, установленная в датчике между подвижной и неподвижной обмотками,Для повышения точности измерения скорости в датчике магнитопровод выполнен разрезным по образующей и между магнитопроводом и неподвижной обмоткой введена вторая короткозамкнутая из неферромагнитного, металла цилиндрическая гильза, Прорезь в магнитопроводе исключает циркуляцию в его теле кольцевых токов,тем самым искл 1 очается наведение в измерительной Обмотке сигнала, пропорционального ускорени 1 о. Кольцевые же токи наводимые в гильзе, установленной между магнитопроводом и неподв 1 л 1(ноЙ измерит(1 льной обмоткой, компенсиоуют влияние друГОЙ Гильзы на искак 8 ние сиГнала скорО- сти, тем самым пОВышается точность изме" рения.На .ертеке изображено предлагаемое устройстВО.Датчик состоит из штока 1, жестко скрепленного с магнитным сердечником 2, на поверхности которого установлена двух- секционная катушка 3 с измерительной обматкой 4, Обмотка 4 выполнена равномерной по длине катушки с противополок 1.1 ым направлением намотки Витков В какЦОЙ из секци(л катушки, Длина ОбмОтки 4 Выбрана равной двум Длинам магнита. Катшка с ОбмоткОЙ и магнитом помещены Вс внутреннюю полость короткозамкнутой изнеферромагнитного металла цилиндрической гильзы 5. На гильзу 5 посажена катушка б с измерительной обмоткой 7,выполненной с равномерно меня 1 ощимсяпо длине катушки шагом намотки витков.Все вышеперечисленные конструктивныеэлементы датчика помещены во внутреннюю полбсть второй короткозамкнутой изнеферромагнитного металла цилиндрической гильзы 8, помещенной в корпус - магнитопровод 9 с двумя крышкалли 10 и 11,Уагнитопровод имеет сквозную прорезьвдоль образующей (не показано),Преобразователь работает следующимобразом,При перемещении штока 1, скрепленного с исследуемым обьектом, магнитный сердечник 2 совместно с катушкой 3 иизмерительной обмоткой 4 перемещаетсявдоль Оси датчика. При перемещении ма гнита В гильзе 5, выполненной из неферромагниного металла, индуцируютсязначительные по величине кольцевые токи,пропорциональные скорости перемещениямагнита, Эти токи создают магнитное поле,изменение котооого" индуцирует в виткахобмотки 4 ЭДС, пропорциональнь 1 е скорости изменения наведенного поля или ускорению Г 18 ремещения исследуемого обьекта,Так как обмотка 4 выполнена двухсекционной с противоположным направлениемнамотки витков в каждой секции, то ЭД 1"под разноименными полюсами л 1 агнитсуммируются.:, Выбор длины Обмотки, равный двум длинам магнита, обеспечиваетувеличение чувствительности сигнала) датчика, ибо более эффективно используетсяпространственное распределение манитНОГО пОля кажд 010 полюса маГнита.Одновременно при перемещении магнита в витках неподвижной измерительнойОбмотки наводится ЭДС, пропорциональная скорости перемещения исследуемогообъекта. При этом, вследствие того, что магнитопрОВОД выполнен с прорезью ВДОль Образуюшей, исключается наведение в немкольцевых токов и их влияние на выходнойсигнал. Введение между магнитопроводоми н 8 подвижнОЙ Обмоткой короткозамкнутойиз неф 8 рромаГнитнОГО металла Гильзы компенсирует наведение искажающего сигналаот гильзы, установленноЙ между подвижнойи неподвижной Обмотками, так 1(ак магнитные псля От;(Ольцевых токов эг 11 х гил 1 з визмерительной Обмотке (неподвикной) наи Оавлены нэ Встречу друг другу.Применение короткозамкнутой из неферромагн(1 тио О металла Гильзы, устднОВЛен(1011 148 х.д 4 Г 1 ОДВИЖНОИ И НВПОДВИЖНОИизмерительными обмотками, Обеспечиваетувеличение диапазона линейной характеристики датчика по ускОр 8 нию,Выполнение подвижной обмотки длиНОЙ, равной двум длинам постоянноГОмагнита, обеспечиьает увеличение чувствительности датчика по ускорению,Применение короткозамкнутой из неферромагнитного металла гильзы, установленной между магнитопроводом инеподвижной обмоткой, и выполнение магнитопровода с прорезью вдоль образующейповышает точность измерения скорости,По предлагаемому изобретению изготовлены датчики с основными параметрами;Величина свободногохода маГнита, мм 35 ОЧувствительность поУСХОРени 1 О, МБ/Я 5Чувствительность поскорости, мвсм/с 8Датчики испытаны в лабораторных ус. ловиях, Результаты испытаний показали,что цели предлагаемого технического решения достигнуты, Отклонений от линейностичувствительнОсти по ускорению на Всем диапазоне перемещений нет. Чувствительность датчика по ускорению позволяетОсуществлять регистрацюо на совр 8 менных ОсциллОГрафах ускорения От дол 8 й единицземного ускорения, Погрешности, обусловленные искажением сигнала скорости сиг-.налом ускорения, отсутствуют.5 Формула изобретенияДатчик пэрам 8 трОВ движения, состоя"щий из маГнитОпровода, цилиндрическОГОпостоянного магнита, подвижной и неподвижнойобмоток,отличающийся тем,10 что, с целью расширения диапазона линейной характеристики и увеличения чувствительности по ускорению и повышенияточности по измерению скорости, в неговведены шток и две концентрические корот 15 козамкнутые из неферромагнитного металла цилиндрически 8 Гильзы, Одна иэ которыхустановлена между подвижной и неподвижной обмоткамй, а другая между неподвижной обмоткой и магнитопроводом, при атом20 подвижная измерительная обмотка расположена внутри гильзы меньшего диаметра изакреплена неподвижно и симметрично наВнешней цилиндрической поверхности магнита, а ее длина Е выбрана из соотношения25/2 Н=3,где 1 - длина обмотки,Н - длина магнита,причем магнитопровод выполнен с прорезью вдоль образующей, а шток соединенЗО с торцом постоянного магнита.1781621 оставитель П.Шердаковехред М.Моргентал орректор В.Петраш Реда кто убченк Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 4272 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРкая наб., 4/5