Устройство для измерения азимутальных разворотов

 

Датчик измерения азимутальных разворотов содержит корпус, жидкостную инерционную массу и преобразователь перемещения в электрический сигнал. В подшипниках качения внутри корпуса с боковым зазором установлен ротор, вес которого равен весу вытесненной жидкости и представляющего собой герметичный пустотелый цилиндр с лопастями. Кроме того, на симметричных лопастях закреплены сердечники преобразователей перемещения. Технический результат - повышение точности измерений. 2 ил.

Датчик измерения азимутальных разворотов. Изобретение относится к геофизическим приборам, используемым для измерения угловых разворотов грунта относительно вертикальной оси под действием возмущений, возникающих при ядерном взрыве.

Такие азимутальные развороты грунта приводят к развороту стартов и установок для пуска ракет, что нарушает точность прицеливания, тем более что величины азимутальных разворотов значительно превышают допустимые ошибки прицеливания ракет.

Поэтому для восстановления прицеливания необходимо точно и оперативно определять угол разворота систем прицеливания ракетных комплексов.

В настоящее время известны датчики измерения азимутальных разворотов грунта относительно вертикальной оси под действием возмущений, возникающих при ядерном взрыве, состоящие из корпуса с размещенной в подшипниках инерционной массой и бесконтактного преобразования смещения в электрический сигнал. Датчики устанавливаются на поверхности грунтового массива, или помещаются в скважину на заданную глубину и закрепляются при помощи грунтоцементного раствора. При производстве взрыва грунт разворачивается, а вместе с ними разворачивается и корпус датчика относительно инертной массы, при этом положение сердечника, связанного с инертной массой, изменяется относительно катушек, установленных на корпусе.

Получаемый при этом сигнал регистрируется аппаратурой, установленной в приборном сооружении (см. авт. св. №1840390 по кл. G 01 H 1/10).

В этом датчике используется жесткая (металлическая) инертная масса, установленная в подшипниках качения, вес которой для обеспечения необходимой чувствительности датчика должен быть ˜6 кг. При измерениях в ближней зоне ядерного взрыва, где возможны перегрузки в 100 g, возникает усилие на подшипнике до 600 кг. Поэтому для обеспечения работоспособности прибора применяют подшипники, рассчитанные на большие перегрузки. Такие подшипники имеют значительные моменты трения, что отрицательно сказывается на точность измерений особенно в области низких частот. Фигурная цилиндрическая инертная масса обладает некоторым разбалансом, получаемым при ее изготовлении, что также вносит в измерения некоторую погрешность. Кроме того, изготовление инертной массы из антимагнитного стойкого к коррозии материала, повышает ее стоимость.

Известны датчики для измерения параметров угловых колебаний, имеющие жидкостную инерционную массу, помещенную в корпусе в виде тора (см. авт. св. СССР №381033 кл. G 01 Р 15/08, №493736 кл. G 01 Р 3/12, №544922 G 01 P 15/08, патенты Франции №1601547 кл. G 01 Р, №2279110 G 01 Р 15/08), например, прибор, описанный в заявке Великобритании №1344811 по классу GIN, содержит кольцевой желоб, наполненный жидкостью.

В желобе имеется перегородка и два пьезопреобразователя. При колебаниях жидкости преобразователи вырабатывают сигнал. Этот прибор сложен в изготовлении и предназначен для измерения вращательных движений, например, буровой колонки. К перемещениям на небольшие углы в 1÷3° он малочувствителен.

Известны приборы с жидкостным ротором, используемые в качестве угловых акселерометров, например, прибор, описанный в журнале "Вопросы ракетной техники" №2, М.: Мир, 1970, с.80-88.

Прибор представляет заполненную жидкостью кольцевую трубку, удерживаемую моментным серводвигателем. В этом приборе применяется жидкостной ротор, который сам обеспечивает собственный подвес. Однако этот прибор сложен в изготовлении и эксплуатации, а также низка его надежность при больших перегрузках до 100 g, возникающих при ядерном взрыве.

Из известных измерителей угловых разворотов грунта наиболее близким по технической сущности является датчик, который содержит цилиндрический корпус, заполненный жидкостью, поплавок, магнит, гибкую нить и преобразователь рассогласования поплавка и корпуса в электрический сигнал. Гибкая нить связывает поплавок с центром основания корпуса. Подвижная часть преобразователя перемещения установлена на корпусе, а неподвижная на поплавке.

При разворотах грунта корпус перемещается относительно жидкости и поплавка. При этом угловое положение поплавка и корпуса изменяется, что приводит к рассогласованию в преобразователе и выдаче сигнала. Недостатком данного прибора является то, что он не надежен в работе при больших перегрузках, вызываемых взрывом, ввиду того, что поплавок не имеет фиксированного относительно стенок корпуса положения. Поэтому при воздействии нагрузок, особенно боковых, происходит изменение зазоров между подвижной и неподвижной частями преобразователя, что искажает достоверность измерений, а при больших нагрузках может произойти прижатие поплавка к внутренней стенке корпуса, а это приведет к неработоспособности прибора.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерений угловых колебаний. Для достижения этой цели в подшипниках качения внутри корпуса с боковым зазором установлен ротор, вес которого равен весу вытесненной жидкости. Ротор представляет собой герметичный пустотелый цилиндр, снабженный лопастями, причем на симметричных лопастях закреплена неподвижная часть преобразователя перемещений. Установка ротора в подшипниках обеспечивает устойчивость неподвижных частей преобразователя перемещения относительно подвижных от воздействия боковых и линейных перегрузок.

Применение пустотелого ротора, вес которого равен весу вытесненной жидкости, разгружает подшипники, в которых он установлен, фактически мы имеем жидкостную инертную массу, которая сама обеспечивает собственный подвес и может выдерживать значительные ударные и линейные нагрузки. На чертеже изображен общий вид датчика сверху фиг.1 и сбоку фиг.2. Датчик состоит из герметичного корпуса 1, в котором в подшипниках качения 2 установлен ротор, включающий пустотелый герметичный цилиндр 3 с лопастями 4. На верхнем основании установлены два герметичных корпуса 5 с катушками индуктивного преобразователя. Сердечники 6 индуктивного преобразователя входят в осевые отверстия катушек и закреплены при помощи кронштейнов с лопастями ротора. Преобразователи установлены с шагом 180° для обеспечения балансировки.

Внутри корпуса находится жидкость 7, например, спиртоглицериновая смесь. В исходном положении край сердечника располагается в центре катушки. Обмотки катушек соединены по дифференциальной схеме. Выводы катушек из датчика осуществлены многожильным кабелем через герметичный штепсельный разъем 8.

Для постановки сердечников преобразователей в исходное положение и для отклонения их на угол татировки при контроле измерительного канала непосредственно перед взрывом на верхнем основании установлены со смещением, равным татировочному, два герметичных корпуса 9 с катушками электромагнитов, внутри которых с шагом 180° находятся два постоянных цилиндрических магнита 10, связанные с лопастями ротора.

Для заполнения полости корпуса жидкостью имеется штуцер 11, закрываемый заглушкой. Со стороны преобразователей корпус закрыт герметичной крышкой 12. Датчик опускается в скважину до заданного и закрепляется в ней с помощью грунтоцементного раствора. При прохождении сейсмовзрывных волн грунт разворачивается, вместе с ним движется корпус датчика, а инертная масса (жидкость) с ротором остаются на месте. В результате чего сердечники изменяют свое положение в катушках, при этом меняется индуктивность преобразователя пропорционально углу поворота, что и регистрируется измерительной аппаратурой.

Применение изобретения позволит повысить точность измерений при экспериментальных работах, необходимых для получения значений параметров угловых колебаний грунта, которые являются исходными данными при разработке теории проектирования шахтных пусковых установок и фортификационных сооружений.

Формула изобретения

Устройство для измерения азимутальных разворотов, содержащее корпус, жидкостную инерционную массу и преобразователь перемещения в электрический сигнал, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено ротором, установленным в корпусе, с боковым зазором в подшипниках качения, имеющим вес, равный весу вытесненной жидкости и выполненным в виде герметичного пустотелого цилиндра с лопастями, причем на симметричных лопастях закреплены сердечники преобразователей перемещения, например, индуктивных.

РИСУНКИ