Преобразователь линейных ускорений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) 01) ЗЮ1) G 01 Р 15/11

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ тО

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21 ) 3450939/18-10 (22) 04.06.82 (46) 30.10.83. Бюл. Ь" 40 (72) Бор.П. Фридман, В.С. Жернаков и Бел.П. Фридман (71) Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 531.768(080.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

4 454483, кл. 1i 01 Р 15/08, 19/j.

2. Авторское свидетельство СССР и 4818 2, кл. G 01 Р 15/02, 1973 (прототип). (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЛИНЕЙНЫХ

УСКОРЕНИЙ, содержащий цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитн.>A 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 ли чaющийс я тем, что, с целью повышения чувствительности и крутизны преобразовательной ха .актеристики, магнитопровод выполнен составным, содержащим две симметричные цилиндрические части, выполненные из магнитомягкого материала и состыкованные одна с другой через диамагнит- Я ную прокладку, а весь магнитопровод

: преобразователя заключен в диамагнитный корпус-экран.

С::

10511< 36

2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что внутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магни- 5

I томягкого материала, соосно и жестко связанных друг с другом соединительтывает ферромагнитную ось магнитопровода $2) .

Недостатками преобразователя являются относительная громоздкость и значительный вес, которые вызваны необходимостью использования в нем для достижения требуемой чувствительности кольцевого магнитного элемента с большой массой и тяжелых многовитко10 вых катушек индуктивности. Это ограничивает функционально-оперативные возможности преобразователя, исключая применение последнего при обвязке сложных конструктивных элементов авиационных и ракетных систем, под15 вергаемых многоточечному контролю как в процессе лабораторных, так и в процессе полетных испытаний.

Значительная масса и габариты преобразователя-прототипа при его

20 ограниченной разрешающей способности и чувствительности исключают возможность эффективного применения как для исследования поведения легких конструкционных элементов, так и для

25 контроля 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 цилиндЗ5 рический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполнен40 ный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, а более конкретно — к средствам индикации и контроля изменений второй производной скорости летательных объектов по времени.

Известен преобразователь ускорений включающий пустотелый цилиндрический магнитопровод с неподвижной внутренней осью, средняя часть которой свободно охвачена цилиндрическим сердечником, выполняющим функции инерционной массы, у основания магнитопровода на оси размещены две встречно включенные обмотки возбуждения переменного тока, а сердечник жестко соединен с двумя встречно включенными пружинными обмотками, свободные концы которых жестко соединены с магнитопроводом )1) .

Недостатки и ограничения этого

Ъ преобразователя обусл<явлены тем, что для его функционирования необходим стабилизированный источник питания, а малый рабочий ресурс и недостаточная надежность преобразователя связаны с наличием у него быстроизнашиваемых механических упругих элементов (пружин).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути и выполняемым функция14 является преобразователь изменений линейных ускорений, который содержит цилиндрический полый магнитопровод с прямоугольным внутренним полюсом, две обмотки у оснований магнитопровода, соединенных магнитомягкой осью, и подвижный элемент, выполненный в. виде кольца из радиальнонамагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругов,>го полюса, и который свободно охваной диамагнитной вставкой с диаметром, равным диаметру стержней, при этом внутренняя поверхность подвижного элемента снабжена запрессованной в нее фторопластовой втулкой, свободно охватывающей внутреннюю ось магнитопровода. з 10->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. lO

Внутренняя ось магнитопровода выполнена составной, содержащей два идентичных цилиндрических стержня из магнитомягкого материала, жестко связанных друг с другом соединительной диамагнитной вставкой 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.

25

Подвижный инерционный элемент преобразователя — радиально намагничензо ное кольцо 1 свободно посажено на ферромагнитную ось 2. Внутренняя по верхность кольца 1, скользящая по оси 2, снабжена фторопластовой цилиндрической прокладкой 3. Магнито- 3> провод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрических частей 4 и 5, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс

П-образного профиля 6, который раз- 40 делен по своей середине диампгнитным зазором, образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой - шайбой 7.

Внешние 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, обмотки которых соединены согласно— последовательно.

Магнитопровод преобразователя С>;>аижен внешним диамагнитным корпусом 12, выполняющим одновременно функции SS электростатического экрана.

Внутренняя ось преобразователя магнитопровода, охватываемая подвижным

436

4 магнитным элементом 1, составлена из пары идентичных цилиндрических стержней 13 и 14, выполненных из магнитомягкого материала i,ei r. 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 13, !4.

Преобразователь функционирует следующим образом.

При перемещении летательн«го аппарата или другого обследуемого объекта, на котором установлен преобразователь, с неизменной скоростью, совпадающей по направлению с осью 2 преобразователя, подвижный магнит»ый элемент.1 находится в нейтральном (среднем) положении, симме>ричном относительно обоих расчлененных прокладкой 7 частей внутреннего круп>вого полюса 6 магнит«провода.

Магнитный поток, создаваемый п<>движным элементом 1, в таком режиме равномерного перемещения контролируемого о(>ъекта распределястся пс>ровну по двум симметричным ве гвям магнитопровода преобраз«вателя, к«т«ры» разделены диамагнитной прокладкой шайбой 7 и охвачены у оснований «си

cooTBc .тственно катушками индуктивности 10 и 11 (Фиг. 1) . В этом случае в катушках 10 и 11 отсутствует наведенная электродвижущая сила и на выходе >реобразователя эле кт ри ческого сигнала нет .

Бсли контролируемый объект перемещается с постоянным врем >,ным градиентом скорост, й, то на подвижное магнитное кольцо 1 преобразователя под влиянием силы инерции, противоп«л«жной по направлению вектору ускорения исследуемого сбъекта, действует постоянная по величине сила, определяющая смещение магнитного кольца 1 относительно расчлененного диамагнитной прокладкой — шайбой 7 внутреннего кругового полюса 6 маг» нитопр«вода преобразователя на фиксир,в,.лное расстояние вдоль направляющей внутренней оси 2. При этом магнитный поток, создаваемый подвижным эл ментом 1, распределяется неравномерно между верхней и нижней

1051436

20

40

55 (фиг. 1) цилиндрическими частями магнитопровода, содержащими соотеетстеенно катушку 10 индуктивности и катуш-. ку 11 измерительной обмотки преобразователя. Однако ввиду фиксированно-смещенного положения подвижного элемента 1 относительно каждой из расчлененных диамагнитной шайбой 7 частей внутреннего полюса 6 магHHTo провода преобразователя переменная составляющая в магнитных потоках, охватывающих катушки индуктивности

t0 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 намагни" ченное кольцо 1 воздействует перемен- 25 ное по величине и знаку усилие, вызывающее непрерывное смещение магнитно

ro кольца 1 вдоль ферромагнитной оси 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.

При этом особенностью функционирования данного преобразователя, обу" словленной присущими ему отличитель" ными признаками, построения является то обстоятельство, что благодаря расчленению кругового прямоугольного сечения внутреннего полюса 6 цилинд« рического магнитопровода 4 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 разветвл ющихся 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 диам гнитным 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 преобразователя на отклонение от нейтрального положения его подвижного элемента и отвечающие этому повышенная 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 охарактеризованным выше видоизмененным испол.нением 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 перераспределения магнитных потоков, разветвляющихся по двум цилиндрическим ветвям

ЗЬ

Составитель Н. Иараховская

Редактор Е. Яушникова Техред Л.Иикеш KoppeKTop О ™гор

Заказ 8656/43

Тираж 873 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ИИП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 10,14 магнитопровода преобразователя, содержащим соответственно элементы

4, 8, 10, 13 и 5, 9, 11, 14 (фиг.1 и 2), выражены еще более остро, чем у первой модифйкации индикаторного преобразователя (фиг . 1) при равных отклонениях подвижного элемента 1 от своего нейтрального положения.

Крутизна преобразовательной харак. теристики и чувствительность извест- . ного преобразователя в соответствии с. предлагаемой модификацией его исполнения существенно превосходят при этом соот ветствующие параметры прототипа при одновременном умен ьшении габаритов и веса преобразователя, что сущест венно расширяет функционапьнооперативные возможности предлагаемого преобразователя и упрощает процесс обвязки исследуемых объектов системой преобразовательных узлов как при проведении научно-исследовательских работ, так и при промышленном и эксплуатационно-диагностическом контроле летательных объектов,их отдельных узлов и конструкционных элементов.