Регистратор ускорения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07 НРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к измерению па,аметров ударного ускорения объектов, когда электрическая связь с объектом испытаний исключена. Регистратор содержит корпус 1 с направляющей 2 в виде трубы, внутри которой размещена инерционная масса, состоящая из подвижного цилиндриче)б 11509746 40 ского постоянного магнита 14 и подвиж ного магнитного шунта 13, скреплен ных между собой немагнитным цилиндром 15, блок съема информации, вы" полненный в виде жестко установленных вдоль направляющих трех сердечников 3-5, на каждом сердечнике имеется обмотка считывания 6-8, неподвижный цилиндрический постоянный магнит 10 11, пружинный подвес 16, первый и второй 9, 10 резисторы, подключенные к обмоткам считывания первого и второго сердечника, в поле неподвижного магнита11 размещен первый сердечник, а в поле 15 подвижного магнита 14 размещены второй и третий сердечники. Неподвижный цилиндрический магнит 11 установлен на корпусе соосно с направляю. щей, через которое пружинный подвес 2 оИзобретение относится к области измерения параметров ударного ускорения объектов в условиях, когда эле" ктрическая связь с объектом испытаний исключена30Цель изобретения - повьппение точности измерения однократного ускоре" ния.На фиг, 1 представлена упрощенная конструктивная схема регистратора ускорения, на фиг. 2 - петлягистерезиса ферромагнитного сердечника; на фиг. 3 - участок тороидального сердечника,Регистратор. содержит корпус 1 снаправляющей 2, выполненный в видетрубы, на которой жестко установле-,ныпервый 3, второй 4 и третий 5 тороидальные ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса с обмотками 6-8 считывания соответственно, резисторы 9 и 10, подключенные к обмоткам 6 и 7 считывания,неподвижный цилиндрический постоянныймагнит 11, закрепленный на корпусе спомощью немагнитной втулки 12, инерционную массу, состоящую из магнитного шунта 13, шунтнрующего в исходном состоянии неподвижный магнит 11,подвижный магнит 14, скрепленный сшунтом 13 немагнитным цилиндром 15, ипружинный подвес 16, соединенный одним концом с корпусом 1, а другим -с инерционной массой (шунтом 13). соединен одним концом с корпусом, адругим - с магнитным шунтом, приэтом высоту третьего сердечника выбирают равной или больше максимального перемещения инерционной массы.При воздействии ускорения инерционнаямасса, смещаясь относительно корпуса,преобразует параметры ударного ускорения (цлительность,интеграл импульса имаксимальную амплитуду ускорения) в пропорциональное изменение остаточного потока в соответствующих сердечникахпо градуировочным характеристикам,представляющим зависимость парамет"ров ударного ускорения от уровняостаточного потока в сердечниках,определяют соответствующие параметрыускорения, 3 ил.Векторы намагниченности магнитов 11 и 14 направлены параллельно оси корпуса регистратораНазначение не- магнитного цилиндра 15 - разнесение в пространстве магнитного шунта 13 и подвижного магнита 14 с целью, во-первых, исключения влияния поля магнита 14 на сердечник 3 и, во-вторых, - исключения шунтирования магнита 14 шунтом 13.Регистратор ускорения работает следующим образом.Перед применением регистратора производится считывание сердечников 3-5, При считывании сердечники намагничиваются продольным (вдоль окружности) полем в состояние отрицательного остаточного потока насьпцения - ФВ исходном состоянии (при отсутствии ускорения) на сердечник 3 не действует поле записи постоянного магнита 11, поскольку он эашунти. рован магнитным шунтом 13.Второй 4 и третий 5 сердечники в исходном и рабочем положении находят. ся в поле подвижного постоянного магнита 14, причем на сердечник 4 действует поле с напряженностью "- Н где Н - напряженность поля трогания, повышение которого вызывает необратимое намагничивание ферромагнетика. Магнитные параметры сердечника 5 (в частности Нт) выбирают такими, чтобы в исходном состоянии сердечник 5 был частично намагничен. Причем на5 15097 магничен только неяначительный объем сердечника, находящийся ближе к магниту 14, т,е. та часть сердечника, где напряженность поля магнита превышает поле Нт, а остальная часть5. сердечника находится в исходном состоянии. При этом результирующий остаточный поток для всего сердечника 5 определяется некоторым промежуточным остаточным потоком 3 ф.При воздействии ускорения, направленного вдоль оси корпуса регистратора, происходит смещение инерционной массы относительно корпуса 1 в 15 направлении, противоположном вектору ускорения. При этом снимается шунт 13 с магнита 11 и на сердечник 3 действует поле магнита 11 с напряженностью, значение которой постоянно в 20 течение времени действия ускорения . В результате входным регистрируемым параметром для сердечника 3 является длительность импульса ускорения. Длительность ударных процессов может 25 достигать 50-70 мс. Для обеспечения такого диапазона измерения габаритные размеры сердечника должны быть достаточно большими. Поэтому для уменьшения габаритно-массовых пока зателей сердечника 3 обмотка 6 шунтируется сопротивлением. При наличии ускорения действующее на сердечник поле магнита 11 наводит в обмотке 6 ток, создающий размагничивающее поле, что позволяет существенно увеличить время намагничивания сердечника без увеличения габаритов.Необходимое время намагничивания сердечника 3 можно определить из 40 уравнения: 46гйгБга 1 1 в шя,- Н1г 45 50( гВБд г 1Н Магнитный поток в сердечниках 3 и 4 может быть определен из форму 55 лы (г)(2) 1(Н г Яы)1ц 2 Знаменатель формулы(1) для данного случая - это действующее насердечник 3 поле магнита Н = сопвй. Тогда формула (1) принимает вид где Б - коэффициент переключениясердечника;И - число витков обмотки считывания 6;г - сопротивление резистора 9;1 - длина средней силовой линии сердечника;Б - поперечное сечение сердечника.Для сердечника из материала 50 НП,1 = 2 см, Б = 1,610 см", г 200 м,И = 300, Б;о = 8,5 мк,/смпри Н = 0,1 а/см, время намагничивания= 100808 мкс - 100 мс.Из формулы (2) видно, что макси. -мальное время намагничивания обеспечивается при г .= (при этом слудетйучитывать сопротивлвние обмотки считывания) , а минимальное - приг =с.йРезисторы 9 и 10 устанавливаютсятолько на время записи информации.Сердечник 4 регистрирует импульсударного ускорения, определяемый какинтеграл от ударного ускорения завремя, равное длительности его действия,При воздействии ускорения на сер-.дечник 4 действует импульс поля,однозначно отображающий импульс ускорения. На сердечник 3 действует импульс поля= НГ, где Н = сопзГъ7 Н , г - время действия импульсаполя магнита 11, а на сердечник 4действует импульс поля= Н (г)йгогде Н(г Н - поле, изменяющеесяпропорционально величине ускорения.Таким образом, сердечник 3 работает на принципе интегральной завиФсимости намагничиваемого потока Ь Фот (входной переменной является время) времени действия импульса ускорения, а сердечник 4 - на принципеинтегральной зависимости ЬФ от имСпульса поля,1 Н (г)йг (входной переомеккой является интеграл действующего поля).г 1Н аЕ - Я- для сердечника 4, (4) ния поперечным полем.При воздействии поперечным полем 40 на ферромагнетик, который при считывании намагничен до насыщения в продольном направлении, происходит изменение направления вектора магнитной индукции в направлении попе речного поля на некоторый угол о 6 (поворот вектора индукции в направлении действия векторов магнитного поля постоянных магнитов 11 и. 14), При использовании магнитного материала со спонтанной прямоугольной петлей гистерезиса величина вектора индукции практически остается равной остаточной индукции насьпцения В, В связи с этим продольная составляющая индукции Вп уменьшается на величину Ь В, т.е. происходит изменение магнитной индукции в продольном направлениипри действии поперечного поля магнита.- ЬФ+ Ф+ЬФс . Псч(5) Я ЙтЖВ поле магнита 14 также находится сердечник 5, Данный сердечник работает на принципе установления остаточного потока АФ, пропорционально максимальному перемещению магнита 14, По мере перемещения магнитного поля магнита в сердечнике 5 происходит последовательное намагничивание его объема. При этом часть сердечника оказывается намагниченной, а другая часть - в исходном состоянии, а весь сердечник характеризуется некоторым остаточным потоком Ь Ф. Для обеспечения диапазона измерения максимальной амплитуды ускорения высота сердечника 5 должна быть: максимального перемещения инерционной массы.Сердечник 5 запоминает максимальное значение ускорения независимо от длительности его действия, поскольку сердечник практически мгновенно намагничивается в зоне действия поля магнита, так как раэомкнутная обмотка 8 сердечника 5 не оказывает влияния на длительность намагничивания, Быстрое намагничивание сердечника также обеспечивается тем, что намагничивание производится непосредственно магнитным полем магниба без использования, электрической обмотки, увеличивающей время намагничивания ферромагнетика.Записанная информация в сердечниках в виде остаточного потока ЬФ о длительности, импульса и максимальном значении ударного ускорения хранится практически неограниченное время.Считывание информации, также как и установка начального магнитного состояния, производится посредством последовательной подачи на обмотки 6-8 прямоугольного импульса напряжения Пфиксированной амплитуды. При этом выходным параметром служит время намагничивания ферромагнетика до некоторого потока -Ф /-Ф. Счи тывание производится за время где Я - число витков обмотки считывания ,ЬФ- величина, обусловленная об 10 ратными процессами после насьпцения ферромагнетика.По предварительно снятым градуировочным характеристикам, представляющим зависимость времени считыва 15 ния Г, от длительности, интеграла имаксимальной амплитуды ударного ускорения, определяют их значения,Работа регистратора ускорения раэ.деляется на два этапа: запись инфор 20 мации.и считывание записанной информации. Причем запись заключается внамагничивании тороидальных сердечников в поперечном направлении, асчитывание - в продольном (по окруж 25 ности ферромагнетика) направлениимагнитным полем.На фиг. 3 представлен участок тороидального ферромагнитного сердечника, где действует поперечное по 30 ле Н и продольное поле Нп. В смысле возбуждения (изменения) магнитного состояния ферромагнетика запись информации в тороидальный ферромагнитный сердечник в поперечном направлении практически не отличается от известного способа считыва509746Продольная составляющая индукцииимеет вид В щ ВсоаЫ = " " (6)НпВг,Н + Н Вформула изобретения 20 Регистратор ускорения, содержащийкорпус с направляющей, выполненный ввиде .трубы, внутри которой размещенаинерционная масса в виде подвижногоцилиндрического постоянного магнита,и блок съема информации, выполненныйв виде жестко установленных вдоль на 25 Иэ (6) видно, что максимальное изменение индукции составляет .аВ = ВТаким образом, предлагаемый регист-О ратор обеспечивает непосредственное измерение параметров ускорения, что позволяет повысить точность измерения, а сокращение запоминающих элементов " уменьшить габаритно-массовые показа тели устройства. Кроме того, регистратор обеспечивает измерение максимального значения линейных ускорений. правляющей трех сердечников иэ ферромагнитного материала с прямоугольной петлей .гистерезиса, на каждом изкоторых имеется обмотка считывания,о т л и ч а ю щ и Й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения,в него введены неподвижный цилиндрический постоянный магнит, пружинныйподвес, первый и второй резисторы,подключенные к обмоткам считываниясоответственно первого и второго сердечников, а инерционная масса снабжена подвижным магнитным шунтом,скрепленным с помошьюнемагнитногоцилиндра с подвижным магнитом, в поле которого размещены второй и третийсердечник, а в поле неподвижного магнита размещен первый сердечник, неподвижный магнит установлен на корпусе соосно с направляющей и снабженцентральным сквозным отверстием, через которое пружинный подвес соединен одним концом с корпусом, адругим - с магнитным шунтом, приэтом высота третьего сердечника равна или больше максимального перемещения инерционной Массы.1509746 оставитель Т. МакароваТехред М.Дидык, Корректор,М, Василь ева тор Н. Яц роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 101 аказ 5800/39 Тиран 789 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва ЖРауаская наб., д. 4/5