Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел

Изобретение относится к измерительной технике. Датчик состоит из корпуса, изготовленного из немагнитного и высокоомного материала, магнитопровода в форме закрытой буквы Ш из ферритовых стержней, измерительных катушек и постоянных магнитов. Измерительные катушки намотаны на концах имеющего зазор среднего ферритового стержня, обращенного к измерительному каналу. Постоянные магниты присоединены к противоположным концам среднего стержня одноименными полюсами, но противоположными между собой. Магнитные потоки постоянных магнитов, расположенных как указано выше, замыкаются посредством крайних ферритовых стержней. Предлагаемая конструкция датчика позволяет повысить точность фиксации положения и скорости быстродвижущихся тел. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к бесконтактным датчикам фиксации положения и скорости движения объектов, метаемых из ствольных систем различного типа (пневматических, пороховых или легкогазовых баллистических установок).

Известно устройство измерительного датчика [1], состоящего из Ш-образного сердечника, на боковых стержнях которого расположены соединенные последовательно катушки возбуждения, питаемые переменным током, на среднем укороченном стержне - измерительная катушка. В отсутствие электропроводящего объекта, скорость которого измеряется, магнитный поток замыкается через воздушный зазор между крайними стержнями сердечника. При вхождении в этот зазор электропроводного объекта магнитный поток вытесняется из зазора, и часть его замыкается через укороченный средний стержень, создавая ЭДС сигнала в измерительной катушке.

Известны датчики дульной скорости, в которых скорость снаряда измеряется по сигналам с расположенных соосно со стволом измерительных катушек при пролете сквозь них снаряда [2, 3, 4].

Описанные выше датчики имеют следующие недостатки:

- низкий уровень сигнала;

- ограничение по диапазону измеряемых скоростей;

- большая погрешность измерения.

Известен датчик, в котором положение и скорость снаряда, несущего один или два магнита, измеряется с помощью катушки, расположенной перпендикулярно оси ствола [5], причем катушка помещена в корпус из немагнитной нержавеющей стали. Недостатком такого датчика является низкий уровень сигнала, причем он может регистрировать скорость снаряда только с вмонтированными в него магнитами.

Известны датчики, в которых измерительная катушка намотана на ферромагнитный стержень, один торец которого обращен к перемещаемому телу, а ко второму торцу прикреплен постоянный магнит [6, 7]. Недостатком такого датчика является то, что катушка намотана по всей длине ферромагнитного стержня. Это снижает уровень полезного сигнала и требует использования дополнительной аппаратуры для усиления регистрируемого сигнала.

Известен датчик [8], включающий в себя: корпус из высокоомного немагнитного материала, магнитопровод, в разрыв которого помещен измерительный канал, измерительные катушки и источник постоянного магнитного поля. Магнитопровод выполнен из двух ферритовых стержней, расположенных на одной прямой, перпендикулярной оси измерительного канала. Измерительные катушки намотаны на магнитодиэлектрические стержни заподлицо с торцами, обращенными к измерительному каналу, а постоянные магниты одним из своих полюсов прикреплены к противоположным торцам магнитодиэлектрических стержней, противоположные полюса магнитов замыкаются через воздушное пространство. В описанной конструкции датчика постоянное магнитное поле, исходящее от постоянных магнитов, замыкается не только через измерительный канал, но и через воздушное пространство от незамкнутых полюсов магнитов, что приводит к размытости магнитного барьера и, следовательно, к значительной ошибке в определении положения и скорости метаемого тела. В случае, когда в окрестности датчика находятся ферромагнитные материалы, например при выстреле в баллистическую трассу, магнитное поле может быть искажено настолько значительно, что использование данного датчика теряет смысл.

Наиболее близким по технической сущности и условиям применения является датчик положения и скорости снаряда для высокоскоростных метательных комплексов [9], выбранный за прототип. Датчик [9] включает С-образный магнитопровод с намотанными на него измерительной катушкой и катушкой возбуждения или с вмонтированным в него постоянным магнитом. Измерительный канал помещается в воздушный зазор С-образного магнитопровода и отделяется от него высокоомной немагнитной вставкой.

Принцип работы такого датчика основан на замыкании (движущееся тело - ферромагнетик) или размыкании (движущееся тело - диамагнетик) магнитной цепи магнитопровода, что приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе и, в свою очередь, появлению ЭДС на измерительной катушке.

Описанный выше датчик с С-образным магнитопроводом имеет следующие недостатки:

- недостаточно высокий уровень полезного сигнала, так как измерительная катушка удалена от места, где реализуется максимальное изменение магнитного потока;

- несимметричность магнитного поля в воздушном зазоре, что приводит к ошибкам в случаях, когда метаемое тело мало по сравнению с диаметром измерительного канала.

Задачей изобретения является повышение уровня полезного сигнала.

Решение поставленной задачи заключается в том, что в известном датчике положения и скорости, включающем корпус из высокоомного немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки и источник постоянного магнитного поля, магнитопровод выполнен в форме закрытой буквы Ш, средний стержень которого имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси в неэлектропроводном материале, например мастике, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, а на противоположных концах среднего стержня присоединяются постоянные магниты одноименными полюсами относительно оси стержня и разноименными полюсами относительно оси измерительного канала, причем толщина стенки корпуса датчика, отделяющей средний стержень магнитопровода от измерительного канала, выбирается из условия

где Δ - толщина стенки корпуса датчика, отделяющей средний стержень магнитопровода от измерительного канала (м);

ρ - удельное электрическое сопротивление материала стенки (Ом·м);

а - толщина среднего стержня магнитопровода в направлении оси канала (м);

umax - максимальная измеряемая скорость движущегося тела (м/с).

На чертеже приведен пример конкретного исполнения заявляемого датчика.

Датчик состоит из корпуса 1, изготовленного из немагнитного высокоомного материала (например, из титана или немагнитной нержавеющей стали), магнитопровода 2, выполненного из ферритовых стержней, постоянных магнитов 3, измерительных катушек 4, термостойкой и неэлектропроводной мастики 5, удерживающей конструкцию в корпусе и предохраняющей от вибрации. Все элементы датчика расположены симметрично относительно измерительного канала 6.

В качестве прототипа выбран датчик с С-образным магнитопроводом [9].

Датчик работает следующим образом: при пролете в измерительном канале ферромагнитного или диамагнитного тела изменяется магнитное сопротивление воздушного промежутка между ферритовыми стержнями, составляющими средний стержень магнитопровода 2, что приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе и появлению ЭДС в измерительных катушках 4. Выполнение магнитопровода в форме закрытой буквы Ш позволяет, с одной стороны, увеличить величину стационарного магнитного потока, с другой - создать симметричное относительно оси измерительного канала магнитное поле в воздушном зазоре среднего стержня магнитопровода, что способствует увеличению амплитуды сигнала с измерительных катушек 4 и меньшей его зависимости от положения метаемого тела относительно оси измерительного канала для малых, по сравнению с его диаметром, тел.

Толщина стенки корпуса датчика Δ (см. чертеж), отделяющей средний стержень магнитопровода от измерительного канала при известном удельном электрическом сопротивлении немагнитного материала корпуса, должна удовлетворять неравенству

где ρ - удельное электрическое сопротивление материала стенки (Ом·м);

а - толщина среднего стержня магнитопровода в направлении оси канала (м);

umax - максимальная измеряемая скорость движущегося тела (м/с).

Величина Δ, рассчитанная по формуле (1), измеряется в метрах.

При выполнении неравенства (1) изменения магнитного поля, вызванные пролетом метаемого тела в воздушном зазоре, успеют диффундировать через стенку при ширине магнитного потока, равного 4а, что следует из решения уравнения магнитной индукции [10] типа тепловой волны [11] при пренебрежении отличием магнитной проницаемости материала стенки от магнитной проницаемости вакуума.

Справедливость неравенства (1) подтверждена экспериментально для датчиков с измерительными каналами диаметров 5÷34 мм. Уровень полезного сигнала в зависимости от материала корпуса, размеров и материала метаемого тела изменяется в диапазоне 0,7÷30 В и может использоваться для запуска регистрирующей аппаратуры без дополнительного усиления. Использование двух катушек в одном измерительном сечении позволяет повысить надежность регистрации времени пролета тела через измерительное сечение, а при оснащении измерительного канала двумя измерительными сечениями, на расстоянии, кратно превосходящем протяженность зоны чувствительности датчика, равной примерно 4а, возможно измерение скорости метаемого тела.

Источники информации

1. Заявка ФРГ №2425872, МКИ G01Р 3/42, 13/00, 1979 г.

2. Патент США №3824463, МКИ G01Р 3/66, 16.07.1974 г.

3. Патент Великобритании №1178572, МКИ G01Р 3/50, 21.01.1970 г.

4. Заявка ФРГ №2038733, МКИ G01Р 3/66, 1972 г.

5. D.W.Bogdanoff, С.Knowlen, D.Murakami, I.Stonich. Magnetic Detector for Projectiles in Tubes // AIAA Jornal, vol.28. №11, 1990, p.1942-1944.

6. Патент США №5483156, МКИ G01Р 3/48, 09.01.1996 г.

7. Патент США №5486758, МКИ G01Р 3/48, 23.01.1996 г.

8. Патент Российской Федерации №2193207, МКИ G01Р 3/42, 02.02.1999 г.

9. Синяев С.В. Датчик скорости для высокоскоростных метательных комплексов // Тезисы докл. Межд. науч.-техн. конф. "Динамика систем механизмов и машин". Омск, 1995. Кн.1. С.54.

10. Тамм И.Е. Основы теории электричества. М.: Наука, 1976. - 616 с.

11. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: ГИТТЛ, 1952. - 392 с.

Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел, включающий корпус из высокоомного немагнитного материала, магнитопровод, измерительные катушки и источник постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в форме закрытой буквы Ш, средний стержень которого имеет воздушный зазор, через который проходит измерительный канал, магнитопровод расположен в плоскости, перпендикулярной оси измерительного канала, симметрично относительно его оси в неэлектропроводном материале, например мастике, измерительные катушки намотаны на концах среднего стержня магнитопровода, примыкающих к измерительному каналу, постоянные магниты присоединяются к противоположным концам среднего стержня одноименными полюсами относительно оси стержня, но противоположными полюсами относительно измерительного канала, причем толщина стенки корпуса датчика, отделяющей средний стержень магнитопровода от измерительного канала, выбирается из условия

где Δ - толщина стенки корпуса датчика, отделяющей средний стержень магнитопровода от измерительного канала, м;

ρ - удельное электрическое сопротивление материала стенки, Ом·м;

а - толщина среднего стержня магнитопровода в направлении оси канала, м;

umax - максимальная измеряемая скорость движущегося тела, м/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области определения и контроля скорости транспортных средств. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в магнитной навигации для определения угловых положений автоматических подводных, надводных и летательных аппаратов, в нефтепромысловой геофизике для определения углового положения буровой скважины.

Изобретение относится к приборостроению, в частности, к "черным ящикам" для транспортных средств и может быть использовано для оперативных регистрации и контроля технического состояния и функционирования автомобилей, а также психофизиологического состояния водителей при расследовании дорожно-транспортных происшествий.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения и контроля перемещения, скорости, ускорения, применяемым в системах автоматического управления и регулирования.

Изобретение относится к области гидроакустической техники, а именно к допплеровским гидроакустическим измерителям скорости движения судов (допплеровским лагом). .

Изобретение относится к области измерения параметров движения объектов и может быть применено для определения положения и скорости объекта, движущегося относительно основания

Изобретение относится к области коммутационной техники, а именно к способам и устройствам, позволяющим определять положение объекта из магнитного материала, управлять постоянным магнитным полем в трех плоскостях. В способе определения положения объекта из магнитного материала, включающем использование корпуса из немагнитного материала, магнита, создающего постоянное магнитное поле хотя бы одного магнитоуправляемого элемента, расположенного хотя бы в одной плоскости, организацию взаимодействия между магнитоуправляемым элементом и магнитным полем хотя бы в одной плоскости, дополнительно создают в корпусе из немагнитного материала камеру с крышкой, последнюю наполняют демпфирующей жидкостью, а постоянный магнит выполняют в виде тела вращения с диаметральной намагниченностью и размещают в камере в свободном состоянии, способным вращаться хотя бы в одной плоскости, обеспечивают доступ объекта к корпусу в трех плоскостях, регистрируют изменение ориентации постоянного магнита хотя бы в одной плоскости, а тело вращения выполняют в виде шара либо в виде цилиндра, либо в виде диска, либо в виде кольца. Технический результат - возможность определения положения объекта из магнитного материала в трех плоскостях, повышение виброустойчивости и надежности в эксплуатиции, расширение функциональных возможностей, универсальность и простота в применении.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении параметров вращательного движения. Устройство чувствительного элемента датчика параметров движения исследуемого объекта включает основную катушку индуктивности, при этом основная катушка выполнена плоской и/или пространственно-винтовой в виде многовитковой спирали, при этом она либо имеет крепежные элементы и/или узлы для ее жесткого крепления к упомянутому объекту или к корпусу, или к основанию, или к иному конструктивному элементу датчика, жестко с ним связанному, которые предполагается жестко крепить к такому объекту, либо жестко прикреплена как минимум к одному из упомянутых конструктивных элементов, или составляет с как минимум одним таким элементом одно целое, а соответствующий элемент в этом случае сам является частью упомянутого устройства, при этом основная катушка выполнена из материала, содержащего свободные носители заряда, тогда как ось основной катушки, проходящая через ее центр и перпендикулярная плоскости такой катушки, если она плоская, или совпадающая с ее осью, если она пространственная, и является осью, относительно которой рассматриваются упомянутые параметры, причем основная катушка выполнена с возможностью ее замыкания либо на измерительную электрическую цепь, либо самой на себя посредством электрической цепи замыкания, при том что измерительная электрическая цепь подключается к цепи замыкания или к ее фрагменту, или к ее элементу, либо основная катушка имеет сердечник, на котором располагается как минимум одна дополнительная катушка, которая соединена с измерительной электрической цепью, тогда как основная катушка замкнута сама на себя посредством изделия из материала, содержащего свободные носители заряда, или посредством электрической цепи замыкания. Технический результат - повышение надежности работы акселерометров. 29 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при определении характеристик движения объекта (скорости, ускорения). Способ предполагает применение включающего чувствительный элемент датчика с основной катушкой индуктивности. При этом используют опорную катушку индуктивности, а в качестве выходных сигналов чувствительного элемента используют либо сигналы, получаемые от упомянутых катушек, либо посредством сердечника обеспечивают связь как минимум одной из упомянутых катушек с как минимум одной дополнительной катушкой. Причем в катушках, упомянутых первыми, связанных посредством сердечника с дополнительными катушками, возбуждают ток, при этом в качестве сигналов чувствительного элемента используют сигналы, получаемые в том числе и от используемых дополнительных катушек, в то время как до выделения полезных сигналов из помех обработку выходных сигналов чувствительного элемента, соответствующих основной и как минимум одной опорной катушке, проводят раздельно, благодаря чему обеспечивают возможность сопоставления полезных сигналов, связанных с основной и как минимум одной опорной катушкой, друг с другом, для чего используют электронную цепь сравнения полезных сигналов, посредством которой находят различие в них. Далее либо по нему определяют приблизительное значение как минимум одной характеристики из упомянутых, для чего используют измерительную электронную цепь, которая может быть совмещена с упомянутой цепью сравнения, тогда как по самим полезным сигналам, с учетом только что упомянутого приблизительного значения и/или с учетом динамики изменения такого значения определяют приблизительное значение как минимум одной другой характеристики из упомянутых, для чего также используют измерительную электронную цепь либо дополнительную, либо упомянутую первой, либо по полезным сигналам и упомянутому различию и/или по его динамике с использованием электронного аналогового или цифрового решающего устройств или таковых и энергонезависимой памяти определяют точные значения упомянутых характеристик. Технический результат заключается в повышении надежности работы датчиков за счет исключения из них подвижных деталей, узлов или молекулярных сред. 11 н. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к прокатному производству. Технический результат - повышение точности измерения. Способ заключается в том, что на отражательные поверхности прокатываемой полосы с использованием по меньшей мере двух приемопередающих устройств (3) направляют электромагнитное излучение (6) в микроволновом диапазоне. Принимают отраженные сигналы от отражательных поверхностей (4). При этом отражательные поверхности (4) лежат на проходящей параллельно направлению (12) движения полосы линии (13) на расстоянии (10) друг от друга. Каждый из отраженных сигналов подают в устройство (11) оценки скорости полосы, посредством которого с использованием метода корреляции определяют упомянутую скорость полосы. 6 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к измерительной технике

Наверх