Регистратор ускорения

 

Изобретение относится к измерению параметров 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 цилиндрического постоянного магнита 14 и подвижного магнитного шунта 13, скрепленных между собой немагнитным цилиндром 15, блок съема информации, выполненный в виде жестко установленных вдоль направляющих трех сердечников 3-5, на каждом сердечнике имеется обмотка считывания 6-8, неподвижный цилиндрический постоянный магнит 11, пружинный подвес 16, первый и второй 9, 10 резисторы, подключенные к обмоткам считывания первого и второго сердечника, в поле неподвижного магнита 11 размещен первый сердечник, а в поле подвижного магнита 14 размещены второй и третий сердечники. Неподвижный цилиндрический магнит 11 установлен на корпусе соосно с направляющей, через которое пружинный подвес соединен одним концом с корпусом, а другим - с магнитным шунтом, при этом высоту третьего сердечника выбирают равной или больше максимального перемещения инерционной массы. При воздействии ускорения инерционная масса, смещаясь относительно корпуса, преобразует параметры ударного ускорения (длительность, интеграл импульса и максимальную амплитуду ускорения) в пропорциональное изменение остаточного потока в соответствующих сердечниках по градуировочным характеристикам, представляющим зависимость параметров ударного ускорения от уровня остаточного потока в сердечниках, определяют соответствующие параметры ускорения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (s» 4 С 01 Р 15/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 07НРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4 256 74 2/24-1 0 (22) 04. 06. 87 (46) 23.09.89. Бюл. N - 35 (75) N.K. Хайретдинов (53) 531 .768(083.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 626421, кл. С 01 Р 15/08, 1975, Авторское свидетельство СССР

Р 1093099, кл. G 01 Р 15/08, 1983.

„„SU„„1509746 A 1

2 (54) РЕГИСТРАТОР УСКОРЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерению па,аметров ударного ускорения объектов, когда электрическая связь с объектом испытаний исключена. Ре гистратор содержит корпус 1 с направляющей 2 в виде трубы, внутри которой размещена инерционная масса, состоящая из подвижного цилиндриче1509746

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 се рдеч ника, в поле неподвижно го магнита

И размещен первый сердечник, а в поле 15 подвижного магнита 14 размещены второй и третий сердечники. Неподвижный цилиндрический магнит 11 установлен на корпусе соосно с направляющей, через которое пружинный подвес

23

Изобретение относится к области измерения параметров ударного ускорения объектов в условиях, когда эле" ктрическая связь с объектом испытаний исключена °

I 30

Цель изобретения — повьппение точности измерения однократного ускоре ния.

На фиг. 1 представлена упрощенная конструктивная схеМа Регистратора ускорения, на фиг. 2 — петля гистерезиса ферроМагнитного сердечника; на фиг. 3 — участок тороидального сердечника, Регистратор. содержит корпус 1 с направляющей 2, выполненный в виде трубы, на которой жестко установле-, ны первый 3, второй 4 и третий 5 тороидальные ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистере- 45 зиса с обмотками 6-8 считывания соответственно, резисторы 9 и 10, подключенные к обмоткам 6 и 7 считывания, неподвижный цилиндрический постоянный магнит 11, закрепленный на корпусе с помощью немагнитной втулки 12, инерционную массу, состоящую из магнитного шунта 13, шунтнрующего в исходном состоянии неподвижный магнит 11, подвижный магнит 14, скрепленный с шунтом 13 немагнитным цилиндром 15, и пружинный подвес 16, соединенный одним концом с корпусом 1, а другим— с инерционной массой (шунтом 13). соединен одним концом с корпусом, а другим — с магнитным шунтом, при этом высоту третьего сердечника выбирают равной или больше максимального перемещения инерционной массы.

При воздействии ускорения инерционная масса, смещаясь относительно корпуса, преобразует параметры ударного ускорения (длительность, интеграл импульса и максимальную амплитуду ускорения) в пропорциональное изменение остаточного потока в соответствующих сердечниках по градуировочным характеристикам, представляющим зависимость параметров ударного ускорения от уровня остаточного потока в сердечниках, определяют соответствующие параметры ускорения. 3 ил.

Векторы намагниченности магнитов

11 и 14 направлены параллельно оси корпуса регистратора ° Назначение немагнитного 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 насыщения — Ф„ ° В 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 находятг . ся в поле подвижного постоянного магнита 14, причем на сердечник 4 действует поле с напряженностью "- Н,„, где Н вЂ” напряженность поля трогания, повьппение 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 часть

5. сердечника находится в исходном состоянии. При этом результирующий остаточный поток для всего сердечника 5 определяется некоторым промежуточным остаточным потоком Ф.

При воздействии ускорения, направленного вдоль оси корпуса регистратора, происходит смещение инерционной массы относительно корпуса 1 в )5 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- 30 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. 4р уравнения:

+

° (1) ?е шя, — Н

1 г

50

Магнитный поток в сердечниках 3 и 4 может быть определен из форму55 лы (2) (2) Ф . r l(H t S )

1 (дй

Знаменатель формулы -(1) для данного случая - это действующее на сердечник 3 поле магнита Н = const.

Тогда формула (1) принимает вид где S — коэффициент переключения сердечника;

M — число витков обмотки считывания 6;

r — сопротивление резистора 9;

1 — длина средней силовой линии сердечника;

S — поперечное сечение сердечника.

Для сердечника из материала 50НП, 1 = 2 см, S = 1,6 ° 10 см", г 20 Ом, И = 300, 8;о = 8,5 м„к,/см при Н = 0,1 a/см, время намагничивания = 100808 мкс 100 мс.

Из формулы (2) видно, что макси.— мальное время намагничивания обеспечивается при r =- (при этом слудет и учитывать сопротивлвние обмотки считывания), а минимальное — при г =c . и

Резисторы 9 и 10 устанавливаются только на время записи информации.

Сердечник 4 регистрирует импульс ударного ускорения, определяемый как интеграл от ударного ускорения за время, равное длительности его действия

При воздействии ускорения на сер-. дечник 4 действует импульс поля, однозначно отображающий импульс ускорения. На сердечник 3 действует импульс поля Q < = Н, где Н = const>

>H, t — время действия импульса поля магнита 11, а на сердечник 4 действует импульс поля С. = Н (t)dt о где Н (t) > H — поле, изменяющееся пропорционально величине ускорения.

Таким образом, сердечник 3 работает на принципе интегральной зависимости намагничиваемого потока и Ф от (входной переменной является время) времени действия импульса уско- . рения, а сердечник 4 — на принципе интегральной зависимости йФ от имt пульса поля,f Н (t)dt (входной перео меккой является интеграл действующего поля).

- для сердечника 3; (3) 1509746

r„l Н (t)dt — S„

ЬФ,= — 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 попе45 речного поля на некоторый угол сб (поворот вектора индукции в направлении действия векторов магнитного поля постоянных магнитов il 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 В, т.е. происходит изменение магнитной индукции в продольном направлении ! при действии поперечного поля магнита. — ЬФ + Ф„+ЬФ ьс . П

СЧ (5) у2 т

В поле магнита 14 также находится сердечник 5 . Данный сердечник работает на принципе установления оста1 точного потока АФ, пропорционально максимальному перемещению магни— та 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 долж— на быть: максимального перемещения инерционной массы.

Сердечник 5 запоминает максимальное значение ускорения независимо от длительности его действия, поскольку сердечник практически мгHQEfpHHQ намагничивается в зоне действия поля магнита, так как раэомкнутная обмотка 8 сердечника 5 не оказывает влияния на длительность намагничивания. Быстрое намагничивание серI дечника 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 аФ о длительности, импульса и макси- . мальном 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 U ц фиксированной амплитуды.

При этом выходным параметром служит время намагничивания ферромагнетика до некоторого потока -Ф /-Ф„. Счи тывание производится за время где Я вЂ” число витков обмотки считывания, йФ вЂ” величина, обусловленная об10 ратными процессами после насьпцения ферромагнетика.

По предварительно снятым градуировочным характеристикам, представляющим зависимость времени считыва15 ния ., от длительности, интеграла и максимальной амплитуды ударного ускорения, определяют их значения.

Работа регистратора ускорения разделяется на два этапа: запись информации.и считывание записанной информации. Причем запись заключается в намагничивании тороидальных сердечников в поперечном направлении, а считывание — в продольном (по окруж25 ности ферромагнетика) направлении магнитным полем.

На фиг. 3 представлен участок тороидального ферромагнитного сердечника, где действует поперечное по30 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 считыва!

509746

Продольная составляющая индукции имеет вид

В„= BÄcos@ = " " (6)

HnBr

Н2 + На

Формула. изобретения 2р

Регистратор ускорения, содержащий корпус с направляющей, выполненный в виде .трубы, внутри которой размещена инерционная масса в виде подвижного цилиндрического постоянного магнита, и блок съема информации, выполненный в виде жестко установленных вдоль на25

Иэ (6) видно, что максимальное изменение индукции составляет .hB = В

Р

Таким образом, предлагаемый регист- р ратор обеспечивает непосредственное измерение параметров ускорения, что позволяет повысить точность измерения, а сокращение запоминающих элементовуменьшить габаритно-массовые показа- 15 тели устройства. Кроме того, регистратор обеспечивает измерение максимального значения линейных ускорений. правляющей трех сердечников иэ ферромагнитного материала с прямоугольной петлей .гистерезиса, на каждом из которых имеется обмотка считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены неподвижный цилиндрический постоянный магнит, пружинный подвес, первый и второй резисторы, подключенные к обмоткам считывания соответственно первого и второго сердечников, а инерционная масса снабжена подвижным магнитным шунтом, скрепленным с помошью немагнитного цилиндра с подвижным магнитом, в поле которого размещены второй и третий сердечник, а в поле неподвижного магнита размещен первый сердечник, неподвижный магнит установлен на корпусе соосно с направляющей и снабжен центральным сквозным отверстием, через которое пружинный подвес соединен одним концом с корпусом, а другим — с магнитным шунтом, при этом высота третьего сердечника равна или больше максимального переме.щения инерционной массы.

1509746

Составитель Т. Макарова

Редактор Н. Яцола Техред М. Дидык, Корректор,М. Василь ева

Заказ 5800/39 Тиран 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Регистратор ускорения Регистратор ускорения Регистратор ускорения Регистратор ускорения Регистратор ускорения Регистратор ускорения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерению низкочастотных линейных ускорений акселерометром с жидкостным подвесом инерционной массы

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала

Изобретение относится к области измерения параметров вращения и может быть использовано в системах автоматического управления

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала и может быть использовано в системах автоматического управления

Изобретение относится к области измерительной техники

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для определения ускорения поступательного движения космического аппарата

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к информационно-измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код и может использоваться при контроле положения и скорости при малых (0,1 мкм÷10 мкм) и больших (до 10 см) перемещениях. Для улучшения метрологических и весогабаритных характеристик преобразователя пути и линейной скорости электрический и магнитный блоки преобразователя реализованы на базе техники цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) и микроэлектронного конструирования. Технический результат достигается тем, что с помощью магнитных триггеров 10 и 17, магнитного барьера 19 и электронного блока «реверс» 20, который осуществляет переключение фаз тактирующего генератора 1, проводится измерение пути и скорости объекта независимо от направления его движения, результаты которого регистрируются в счётчиках. Пределы измерения ограничиваются скоростью движения ЦМД (20 м/с и более). При этом благодаря малым размерам ЦМД (0,1 мкм÷10 мкм) значительно уменьшаются весогабаритные параметры преобразователей. 1 ил.

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и т.д. Чувствительный элемент датчика для определения характеристик движения состоит из сигнальной плоской катушки индуктивности или ее части, размещенной в магнитном поле жестко связанного с ней постоянного магнита. Указанный чувствительный элемент может быть использован в качестве элемента печатной платы, одинарной или многослойной. При этом многослойную печатную плату выполняют таким образом, что либо как минимум один из ее слоев, не содержащий чувствительный элемент, включает как минимум один фрагмент как минимум одного витка катушки электромагнита; либо слой с катушкой заключен в толще печатной платы, как минимум часть слоев которой выполняет функцию соленоида. Техническим результатом изобретения является усиление полезного сигнала сенсора, основанного на электроинерционных явлениях. 4 н. и 35 з.п. ф-лы, 10 ил.
Наверх