Преобразователь линейных ускорений
Владельцы патента RU 2363003:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уфимский государственный авиационный технический университет (RU)
Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к средствам индикации и контроля измерений второй производной скорости летательных объектов во времени. Преобразователь содержит цилиндрический полый магнитопровод, состоящий из двух симметричных частей, выполненных из магнитомягкого материала и состыкованных через диамагнитную прокладку, заключенный в диамагнитный корпус-экран с прямоугольным внутренним полюсом, на котором расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала, две обмотки у основания магнитопровода, соединенные внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругового полюса, который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода. Подвижный элемент содержит дополнительное кольцо, радиально намагниченное в противоположном направлении, причем оба кольца выполнены из постоянных магнитов и разделены немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе. Техническим результатом является повышение точности измерений, чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики. 2 ил.
Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к средствам индикации и контроля измерений второй производной скорости летательных объектов во времени.
Известен преобразователь линейных ускорений (А.с. 1051436 СССР, МПК G01Р 15/11, 30.10.1983), содержащий подвижный инерционно-магнитный элемент - радиально намагниченное кольцо, свободно насаженное на ферромагнитную ось, магнитопровод, катушки индуктивностей, обмотки которых соединены согласно-последовательно.
Известен преобразователь линейных ускорений (А.с. 1774269 СССР, МПК G01Р 15/11, 07.11.1992), содержащий составной цилиндрический полый магнитопровод из симметричных частей, две измерительные обмотки, соединенные внутренней составной ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный виде кольца из радиально намагниченного магнита.
Известен преобразователь линейных ускорений (А.с. 1774270 СССР, МПК G01Р 15/11, 07.11.1992), содержащий цилиндрический полый магнитопровод, выполненный составным, содержащим две симметричные цилиндрические части, две обмотки у основания магнитопровода, соединенные внутренней подвижной осью, и подвижный элемент, выполненный виде кольца из радиально намагниченного магнита.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является преобразователь линейных ускорений (А.с. СССР №1642404, МПК8 G01P 15/11, 15.04.1991), содержащий цилиндрический полый магнитопровод, состоящий из двух симметричных цилиндрических частей, выполненных из магнитомягкого материала и состыкованных одна с другой через диамагнитную прокладку, заключенный в диамагнитный корпус-экран, с прямоугольным внутренним полюсом, на котором расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала, две обмотки у основания магнитопровода, соединенные внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругового полюса, который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода.
Прототип обладает таким недостатком как недостаточная чувствительность и крутизна преобразовательной характеристики при данном конструктивном решении подвижного инерционно-магнитного элемента - радиально намагниченного кольца.
Задачей изобретения является повышение точности измерений, увеличение чувствительности и крутизны преобразовательной характеристики за счет изменения конструкции подвижного инерционно-магнитного элемента, обеспечивающего повышение крутизны преобразовательной характеристики и чувствительности рассматриваемого устройства.
Поставленная задача достигается тем, что в преобразователе линейных ускорений, содержащем цилиндрический полый магнитопровод, состоящий из двух симметричных цилиндрических частей, выполненных из магнитомягкого материала и состыкованных одна с другой через диамагнитную прокладку, заключенный в диамагнитный корпус-экран, с прямоугольным внутренним полюсом, на котором расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала, две обмотки у основания магнитопровода, соединенные внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругового полюса, который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода, в отличие от прототипа подвижный элемент содержит дополнительное кольцо, радиально намагниченное в противоположном направлении, причем кольца выполнены из постоянных магнитов и разделены немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен преобразователь линейных ускорений, продольно-диаметральный разрез; на фиг.2 - конструкция внутренней оси магнитопровода преобразователя.
Предлагаемый преобразователь линейных ускорений содержит подвижный инерционно-магнитный элемент - два радиально-намагниченных в противоположном направлении кольца 1 и 2, выполненных из постоянных магнитов и разделенных немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой 3, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе - свободно насаженный на ферромагнитную ось 4. Внутренняя поверхность кольца, скользящая по оси, снабжена фторопластовой цилиндрической прокладкой 5. Магнитопровод преобразователя состоит из двух симметричных цилиндрических частей 6 и 7, образующих у места их сочленения внутренний круговой полюс 8 П-образного профиля, который разделен по своей середине диамагнитным зазором, образуемым кольцевой диамагнитной прокладкой-шайбой 9 и охватываемым диамагнитным короткозамкнутым кольцом 10. Внешние основания цилиндрических частей 6 и 7 магнитопровода закрыты магнитомягкими фланцами 11 и 12, которые связаны между собой ферромагнитной осью 4, охваченной у фланцев двумя идентичными катушками 13 и 14 индуктивности, обмотки которых соединены согласно-последовательно. Магнитопровод преобразователя снабжен внешним диамагнитным корпусом 15, выполняющим одновременно функцию электростатического экрана. Внутренняя ось преобразователя магнитопровода, охватываемая подвижным элементом, составлена из пары идентичных цилиндрических стержней 16 и 17, выполненных из магнитомягкого материала (фиг.2), а также из соединительной диамагнитной вставки 18, которая жестко и соосно механически связывает между собой магнитомягкие стержни 16 и 17 с помощью симметрично расположенных соединительных элементов 19 и 20. Внешний диаметр диамагнитной вставки 18 равен при этом диаметру сочленяемых этой вставкой стержней.
Преобразователь работает следующим образом.
При перемещении контролируемого объекта с неизменной скоростью, совпадающей по направлению с осью 4 преобразователя, подвижный инерционно-магнитный элемент, состоящий из двух подвижных радиально-намагниченных в противоположном направлении колец 1 и 2, выполненных из постоянных магнитов и разделенных немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой 3, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе, находится в нейтральном положении (среднем) симметрично относительно обеих расчлененных прокладкой-шайбой 9 частей внутреннего кругового полюса 8 магнитопровода. Магнитный поток, создаваемый подвижным инерционно-магнитным элементом, состоящим из двух подвижных радиально-намагниченных в противоположном направлении колец 1 и 2, выполненных из постоянных магнитов и разделенных немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой 3, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе, в таком режиме равномерного перемещения контролируемого объекта распределяется поровну по двум симметричным ветвям магнитопровода преобразователя, которые разделены диамагнитной прокладкой-шайбой 9 и охвачены у основания оси 4 соответственно катушками 13 и 14 индуктивности (фиг.1). В этом случае в катушках 13 и 14 отсутствует наведенная ЭДС и на выходе нет электрического сигнала.
Если контролируемый объект перемещается с постоянным временным градиентом скоростей, то на подвижный инерционно-магнитный элемент преобразователя под влиянием силы инерции, противоположной по направлению вектору ускорения исследуемого объекта, действует постоянная по величине сила, определяющая смещение подвижного инерционно-магнитного элемента относительно расчлененного диамагнитной прокладкой-шайбой 9 внутреннего кругового полюса 8 магнитопровода, закрытого короткозамкнутым кольцом 10, на фиксированное расстояние вдоль направляющей внутренней оси 4. При этом магнитный поток, создаваемый подвижным элементом, распределяется неравномерно между верхней и нижней цилиндрическими частями магнитопровода, содержащими соответственно катушку 14 индуктивности и катушку 13 измерительной обмотки преобразователя. Однако вследствие фиксировано-смещеного положения подвижного инерционно-магнитного элемента относительно каждой из расчлененной диамагнитной прокладкой-шайбой 9 частей внутреннего полюса 8 магнитопровода преобразователя переменная составляющая в магнитных потоках, охватывающих катушки 13 и 14 индуктивности при постоянном ускорении контролируемого объекта, отсутствует.
В случаях, когда при перемещении исследуемого объекта имеют место вариации ускорения, на подвижный инерционно-магнитный элемент воздействует переменное по величине и знаку усилие, вызывающее непрерывное смещение магнитного кольца вдоль ферромагнитной оси 4. Происходящее при этом перераспределение магнитного потока подвижного инерционно-магнитного элемента между двумя расчлененными диамагнитной кольцевой прокладкой-шайбой 9 ветвями магнитопровода приводит к появлению на выходах согласно-последовательно включенных катушек 13 и 14 измерительной обмотки преобразователя ЭДС, величина которой является в каждый момент времени пропорциональной временному градиенту ускорения контролируемого объекта. Кроме того, при этом особенностью функционирования преобразователя является то, что благодаря подвижному инерционно-магнитному элементу, состоящему из 2-х радиально противоположно направленных колец из постоянных магнитов, увеличивается глубина модуляции магнитного потока. Также отсутствует постоянная составляющая, благодаря чему, можно уменьшить сечение и массу магнитопровода.
Преобразователь линейных ускорений, содержащий цилиндрический полый магнитопровод, состоящий из двух симметричных цилиндрических частей, выполненных из магнитомягкого материала и состыкованных одна с другой через диамагнитную прокладку, заключенный в диамагнитный корпус-экран, с прямоугольным внутренним полюсом, на котором расположено кольцо, выполненное из диамагнитного материала, две обмотки у основания магнитопровода, соединенные внутренней ферромагнитной осью, и подвижный элемент, выполненный в виде кольца из радиально намагниченного магнита, высота которого равна высоте внутреннего кругового полюса, который свободно охватывает ферромагнитную ось магнитопровода, отличающийся тем, что подвижный элемент содержит дополнительное кольцо, радиально намагниченное в противоположном направлении, причем кольца выполнены из постоянных магнитов и разделены немагнитным промежутком - диамагнитной непроводящей шайбой, равной по ширине кольцевой диамагнитной прокладке-шайбе.
