Автономный запоминающий датчик для измерения пиковых значений ускорения

 

Датчик предназначен для измерения ускорений объекта. В корпусе размещен запоминающий чувствительный элемент-магнитный крешер, вставленный в инерционную массу. Инерционная масса покрыта слоем магнитомягкого материала и одновременно служит магнитным экраном. Крешер выполнен в форме полого цилиндра с возможностью размещения внутри него катушки индуктивности с магнитным сердечником. Длина катушки соизмерима с длиной чувствительного элемента. Катушка с магнитным сердечником совмещает функцию намагничивающей катушки индуктивности и функцию феррозондового датчика. Датчик надежно защищен от влияния внешних магнитных полей, не нуждается в источнике питания, так как функции запоминания и считывания информации разделены во времени 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пиковых значений ускорения объекта, например, при перевозках, ударах, выстрелах из орудий.

Известен запоминающий датчик для измерения ударных ускорений, основу которого составляет магнитоупругий крешер [1].

Недостатком этой конструкции является ненадежность работы крешера вследствие ненадежности клеевого соединения тензодатчиков с крешером, а также незащищенность датчика от воздействия внешнего магнитного поля.

Известен также способ, позволяющий бесконтактно считывать информацию о магнитном состоянии крешера с помощью измерения его магнитного потока рассеяния [2].

Недостатком способа является незащищенность датчика от несанкционированно воздействия магнитным полем, создаваемым внешним намагничивающими устройством.

Известна конструкция датчика для измерения импульсных давлений, выбранная в качестве прототипа, содержащая магнитный крешер, намагничивающие обмотки и два магнитных феррозонда, причем магнитный крешер выполнен в виде замкнутой магнитной цепи с симметрично расположенными прорезями, в которые помещены магнитные зонды, например датчики Холла [3].

Недостатком устройства является наличие полузамкнутого магнитопровода с катушкой, что требует определенных габаритов. Кроме того, полузамкнутая магнитная цепь слабо защищена от влияния внешнего магнитного поля и критична к взаимному положению частей магнитной цепи, а их изменение вносит дополнительные погрешности в измерения.

Задачей изобретения является повышение надежности работы датчика и устранение несанкционированного воздействия внешнего магнитного поля на показания датчика.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом изобретении магнитный крешер выполняется в форме полого цилиндра, с возможностью размещения внутри него катушки индуктивности с магнитным сердечником. Все это располагается в инерционной массе, которая одновременно служит магнитным экраном.

Причем инерционная масса покрыта слоем магнитомягкого материала, а длина катушки соизмерима с длиной чувствительного элемента. С помощью катушки, путем пропускания по ней импульса тока, крешер намагничивается изнутри. Для измерения поля внутри крешера в предлагаемом изобретении использована та же намагничивающая катушка индуктивности с магнитным сердечником, выполненным в виде тонкой проволоки, выполняющая попеременно то функцию намагничивающей катушки, то функцию феррозондового магнитометра.

Предлагаемая конструкция позволяет решить ряд проблем: 1) изменять в широких пределах чувствительность датчика путем изменения толщины стенок крешера; 2) приводить крешер в исходное состояние с малыми затратами энергии; 3) с помощью вводимого катушки-зонда считывать информацию; 4) успешно решить задачу защиты крешера от внешнего воздействия, используя двойной экран; 5) избавиться от источника питания и соединительных проводов. Использование магнитного экрана в качестве инерционной массы позволяет существенно уменьшить общую массу и размеры датчика. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом датчике намагничивающее устройство помещается внутри чувствительного элемента и выполняет также функцию измерительного устройства, а чувствительный элемент помещен в магнитный экран.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлен датчик и соединения намагничивающей катушки с генератором тока или с феррозондовым магнитометром.

На фиг. 2 приведена зависимость показаний магнитометра от величины однократно испытанного датчиком ускорения.

Датчик содержит чувствительный элемент (магнитный крешер), например из TbFe, в виде полого цилиндра (1) с присоединенной к нему магнитной опорой (3). Элементы (1) и (3) вставляются в сверление инерционной массы (2) и вместе с ней помещаются внутрь цилиндра-экрана (4), изготовленного из магнитного материала, например армко-железа. Все это находится в корпусе (5), изготовленном из немагнитного материала (дюралюминия, титана, пластмассы). Сверху располагают амортизационные прокладки (8, 9), закрывают немагнитной крышкой (6), и завинчивают болтами с пломбами, например из пластилина (7). Датчик крепят к исследуемому объекту с помощью винта (10).

Датчик работает следующим образом: катушка индуктивности с магнитным сердечником (11), выполненным из тонкой проволоки, вставляется внутрь магнитного крешера (1), выполненного в форме полого цилиндра. По ней от генератора тока (или заряженных конденсаторов) (12) пропускается кратковременный импульс тока. При этом полем катушки индуктивности стирается ранее записанная в крешере информация и, тем самым, крешер подготавливается к работке. Затем катушка индуктивности (11) ключом "K" подсоединяется к феррозондовому магнитометру (13) и начинает выполнять функцию полузонда магнитометра. Начальные показания магнитометра α_o записываются. Исследования показали, что ошибка измерения минимальна, если размеры катушки индуктивности соизмеримы с размерами чувствительного элемента. Датчик крепится к объекту исследования, например, к транспортируемому грузу, самолету, ракете и т.п., который подвергается силовому воздействию (вибрации, ударам, ускорению). При этом инерционная масса вместе с надетым на нее цилиндром-экраном действует через внутренний выступ в цилиндре (2) на верхнюю кромку крешера с некоторой силой.

Под действием импульса силы остаточная намагниченность крешера уменьшается тем сильнее, чем больше был пик силы. При этом уменьшается и поле внутри крешера. Таким образом датчик "запомнит" величину максимального ускорения, которому он подвергался. Убедившись в целостности пломбы, удаляют ее, вывинчивают болты (7), снимают крышку (6) и амортизационные прокладки (8, 9), вставляют внутрь крешера датчик магнитного поля (11) и записывают новые показания α магнитометра (13). По полученной разности показаний α_o-α = Δα и снятой ранее градуировочной кривой или с помощью экспериментально определенного коэффициента преобразования всего измерительного тракта (крешер, полузонд, магнитометр, инерционная масса) определяется максимальная величина действовавшего ускорения. Из графика на фиг. 2 видна монотонная зависимость между показаниями магнитометра Δα и величины однократно испытанного ускорения a.

Использование двойного экрана: внешнего - корпуса (5) и внутреннего (4) - в виде цилиндра, изготовленного из армко-железа, обеспечивает надежную защиту крешера от воздействия на него внешних переменных и постоянных магнитных полей.

Формула изобретения

Датчик для измерения ускорения, содержащий корпус, чувствительный элемент в виде магнитного крешера, инерционную массу, катушку индуктивности, отличающийся тем, что катушка индуктивности снабжена магнитным сердечником, выполненным в виде тонкой проволоки, магнитный крешер выполнен в форме полого цилиндра с возможностью размещения внутри него катушки индуктивности с магнитным сердечником и вставлен в инерционную массу, причем инерционная масса покрыта слоем магнитомягкого материала, а длина катушки соизмерима с длиной чувствительного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2