Магнитоупругий линейный акселерометр

Авторы патента:

Дубинин Александр Ефимович (RU)

Попов Дмитрий Александрович (RU)

Бородина Анна Владимировна (RU)

G01P15/11 - с помощью индуктивного датчика

Владельцы патента RU 2404437:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления и для исследования параметров движущихся объектов. Магнитоупругий линейный акселерометр содержит корпус с крышкой, инерционную массу, два кольцевых магнитоупругих сердечника, две катушки индуктивности. Со стороны крышки корпуса акселерометра жестко установлен регулировочный элемент. Введены также стальной шарик и упругий элемент, который взаимодействует с одной стороны с регулировочным элементом, с другой стороны - с инерционной массой, прижимая ею стальной шарик к кольцевому магнитоупругому элементу. Катушки индуктивности выполнены в виде измерительных обмоток, которые расположены с одной стороны на кольцевых магнитоупругих сердечниках и соединены последовательно встречно. Параллельно им подсоединен конденсатор. С другой стороны магнитоупругих сердечников размещены обмотки возбуждения, которые соединены последовательно согласно. Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность измерений. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления и для исследования параметров движущихся объектов.

Известен предельный акселерометр, содержащий корпус, расположенный в нем подпружиненный инерционный элемент, поджатый к неподвижному относительно корпуса упору и сигнальная электрическая цепь, включенная между инерционным элементом и упором и слой электрореологичесой пасты, нанесенной на упор (А.С. СССР №1387664 МКИ: G01P 15/04, Предельный акселерометр, авт. З.П.Шульман и др., опубл. 7.04.1988, БИ №13).

Данный акселерометр имеет низкие чувствительность и точность измерения, т.к. он измеряет переходное сопротивление в зоне контакта между упором и инерционным элементом, кроме того, эта зависимость является нелинейной, что также снижает чувствительность и точность измерения.

Известен магнитоупругий линейный акселерометр, содержащий корпус, инерционную массу в виде консолей, два кольцевых магнитоупругих сердечника, две катушки индуктивности (А.С. СССР №617724, МКИ: G01P 15/02, Магнитоупругий линейный акселерометр, авт. С.А.Аникин и Н.В.Марова, опубл. 30.07.1978, БИ №28).

Данный магнитоупругий линейный акселерометр также обладает низкой чувствительностью и точностью измерения, т.к. он измеряет перемещение катушек индуктивностей относительно магнитоупругих сердечников при деформации консолей.

Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение чувствительности и точности измерения магнитоупругого линейного акселерометра.

Технический результат достигается тем, что в известном акселерометре, содержащем корпус, инерционную массу, два кольцевых магнитоупругих сердечника, две катушки индуктивности, которые выполнены в виде измерительных обмоток и расположены на кольцевых магнитоупругих сердечниках, которые соединены последовательно встречно, параллельно им включен конденсатор, дополнительно введены обмотки возбуждения, которые расположены на кольцевых магнитоупругих сердечниках, соединены последовательно согласно, причем инерционная масса, с одной стороны, через стальной шарик связана с одним из кольцевых магниоупругих сердечников, а с другой стороны, через упругий и регулировочный элемент, связана с корпусом акселерометра.

На чертеже представлена конструкция магнитоупругого линейного акселерометра.

Магниоупругий линейный акселерометр содержит корпус 1, в котором расположены инерционная масса 2, два кольцевых магнитоупругих сердечника 3, 4, катушки индуктивности выполнены в виде измерительных обмоток 5, 6, параллельно им подсоединен конденсатор 7, обмотки возбуждения 8, 9, соединенные последовательно согласно, стальной шарик 10, упругий элемент 11 и регулировочный элемент 12.

Магнитоупругий линейный акселерометр работает следующим образом.

В корпусе 1 при отсутствии ускорения упругий элемент 11 с помощью регулировочного элемента 12 давит на инерционную массу 2 и прижимает ее через стальной шарик 10 к кольцевому магнитоупругому элементу 3. Под действием силы прижатия в магнитоупругом сердечнике 3 возникают механические напряжения сжатия, которые уменьшают магнитную проницаемость кольцевого магнитоупругого сердечника 3. На обмотки возбуждения 8, 9, включенные последовательно, согласно подается напряжение питания.

Вследствие того, что измерительные обмотки 5, 6 магнитоупругих сердечников 3, 4 включены последовательно встречно, на их выходе появляется разностный сигнал, пропорциональный силе нажатия упругого элемента 11 и инерционной массы 2 и усиливается конденсатором 7 за счет резонанса.

Полученный выходной сигнал берется за нулевую точку отсчета, которая может регулироваться с помощью регулировочного элемента 12.

При действии ускорения (см. по стрелке чертеж) инерционная масса 2 давит через стальной шарик 10 на кольцевой магнитоупругий сердечник 3 дополнительной силой.

где m₀ - инерционная масса, - ускорение.

Под действием этой силы возникают дополнительные механические напряжения сжатия, приводящие к дальнейшему уменьшению магнитной проницаемости сердечника 3. На выходе измерительных обмоток 5, 6 разностный сигнал возрастает пропорционально ускорению .

При действии отрицательного ускорения (см. по стрелке чертеж), инерционная масса 2 разгружает магнитоупругий сердечник 3 дополнительной силой.

Под действием этой силы уменьшаются механические напряжения сжатия магниоупругого сердечника 3, что приводит к увеличению его магнитной проницаемости и уменьшению сигнала на выходе измерительных обмоток 5, 6 пропорционально действующему ускорению .

Измерение ускорения путем воздействия инерционной массы 2 на магнитоупругий сердечник 3 за счет изменения, его магнитной проницаемости в пределах упругих деформаций магнитоупругого сердечника позволяет повысить чувствительность и точность измерения за счет увеличения коэффициента тензочувствиетльности не менее чем в 100 раз.

Использование резонансного контура с конденсатором 7 позволяет повысить уровень выходного сигнала и выбрать линейную область измерения, что также повышает чувствительность и точность измерения.

Магнитоупругий линейный акселерометр, содержащий корпус с крышкой, инерционную массу, два кольцевых магнитоупругих сердечника, две катушки индуктивности, отличающийся тем, что со стороны крышки корпуса акселерометра жестко установлен регулировочный элемент и введены стальной шарик, упругий элемент, который взаимодействует с одной стороны с регулировочным элементом, с другой стороны - с инерционной массой, прижимая ею стальной шарик к кольцевому магнитоупругому элементу, катушки индуктивности выполнены в виде измерительных обмоток, которые расположены с одной стороны на кольцевых магнитоупругих сердечниках, которые соединены последовательно встречно, и параллельно им соединен конденсатор, а с другой стороны магнитоупругих сердечников размещены обмотки возбуждения, которые соединены последовательно согласно.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве датчика ускорения механической системы, например, космического аппарата. .

Преобразователь линейных ускорений // 2363003

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к средствам индикации и контроля измерений второй производной скорости летательных объектов во времени.

Датчик угловых ускорений // 2121146

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для измерения угловых ускорений вращающихся частей машин и приборов. .

Датчик скорости изменения ускорения // 2003982

Датчик параметров движения // 1781621

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения линейных ускорений и скоростей перемещений элементов механизмов и машин , конструкций сооружений и платформ градуировочных стендов.

Датчик изменений линейных ускорений // 1777091

Преобразователь линейных ускорений // 1774270

Преобразователь линейных ускорений // 1774269

Преобразователь линейных ускорений // 1774268

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пинейных ускорений. .

"датчик скорости для электродинамических ускорителей типа "рельсотрон" // 1704098

Изобретение относится к области исследования процессов движения тел. .

Линейный акселерометр // 2509307

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения линейного ускорения, например, в инерциальных системах навигации. Сущность изобретения заключается в том, что линейный акселерометр, содержащий инерционную массу на упругих подвесах, датчик положения, состоящий из пары излучателей и пары фотоприемников, основание, крышку, компаратор, ключ, источник постоянного тока и токопроводящие дорожки, отличается тем, что в устройство дополнительно введены полюсные наконечники, размещенные на основании и крышке, являющихся магнитопроводами, на торцевые поверхности которых нанесен изолятор, на который нанесены токопроводящие дорожки, начала и концы которых соединены между собой, причем начала подключены к первому выходу ключа, а концы - к его второму выходу, ко входу ключа подключен источник постоянного тока, а к третьему и четвертому выходам ключа подключены излучатели, оптические оси которых совпадают с оптическими осями фотоприемников, выходы которых подключены к первому и второму входу компаратора, и проходят через оптические щели инерционной массы, выполненной в виде прямоугольной пластины, размещенной в зазоре между крышкой и основанием с возможностью линейного перемещения, токопроводящие дорожки напылены на крышке и основании, благодаря чему появляется возможность подведения большего тока в систему, что в свою очередь приводит к увеличению чувствительности линейного акселерометра. Технический результат: повышение чувствительности прибора. 1 ил.

Наноэлектромеханическая система для измерения параметров движения и способ ее изготовления // 2517787

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в датчиках ускорения. Система для измерения параметров движения содержит первое твердотельное основание из немагнитного материала, на котором закреплен чувствительный элемент в виде консольной балки, состоящий из активной и пассивной частей, разделенных между собой канавкой. На свободном конце активной части размещен постоянный магнит, и соединенное с ним второе основание с магниторезистивным элементом. При этом активная часть чувствительного элемента расположена за пределами первого основания с размещением канавки вдоль ребра первого основания. Второе основание размещено со стороны активной части чувствительного элемента с расположением поверхности магниторезистивного элемента в плоскости, проходящей через постоянный магнит, причем магнитное поле магнита перпендикулярно направлению оси легкой намагниченности магниторезистивного элемента. Способ изготовления системы для измерения параметров движения заключается в формировании чувствительного элемента путем анизотропного жидкостного травления поперечной канавки в монокристаллическом кремнии, закреплении на свободном конце активной части чувствительного элемента постоянного магнита, закреплении пассивной части чувствительного элемента на первом основании, прикреплении второго основания с размещенным на нем магниторезистивным элементом к первому основанию со стороны активной части чувствительного элемента. Технический результат - повышение чувствительности измерительного прибора. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Датчик скорости изменения ускорения // 2580212

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и вибрационной технике и предназначено для использования в приборостроении и машиностроении. Датчик скорости изменения ускорения содержит ротор с постоянными магнитами, статор с магнитопроводом, измерительную обмотку, при этом измерительная обмотка, закрепленная электрическими выводными концами на неподвижной оси, расположена на плоской спиральной пружине и выполнена с продольными косыми прорезями, а постоянные магниты ротора расположены относительно друг друга противоположными полярностями и закреплены на внутренней стенке магнитопровода. Технический результат - повышение чувствительности датчика. 1 ил.