Способ измерения скорости движения проводника с током



Способ измерения скорости движения проводника с током
Способ измерения скорости движения проводника с током

 


Владельцы патента RU 2477489:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, в частности скорости, прямолинейного движения проводников с током. Сущность изобретения заключается в непрерывном измерении сигналов возмущения двух магнитометрических датчиков полем движущегося проводника, при этом измерение скорости производят на участке траектории движения, смещенном в одну сторону от мест установки датчика магнитной индукции и индукционного датчика, а скорость ν движения проводника с током определяют как где ε - сигнал индукционного датчика, U - сигнал датчика магнитной индукции, С [м/с] - коэффициент пропорциональности. Технический результат - упрощение измерения скорости движения проводника с током. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, в частности скорости, прямолинейного движения проводников с током.

Применение изобретения наиболее целесообразно в области электрофизики, а именно при контроле скорости разгона токопроводящих плазменных сгустков в электродинамических магнитоплазменных ускорителях.

Известен способ измерения скорости движения объекта (авт. свид. СССР №1818588, МПК G01P 3/64, БИ №20, 1993 г.) на участке траектории между двумя идентичными датчиками положения с колоколообразной передаточной характеристикой, заключающийся в непрерывном измерении сигналов U1, U2 возмущения двух упомянутых датчиков полем движущегося объекта, причем предварительно, до начала измерения, принимают значение масштабирующего коэффициента Xe численно равным значению перемещения объекта, соответствующего изменению выходного сигнала каждого датчика положения в e раз. В процессе измерения скорости определяют координатную функцию F по формуле , а скорость ν определяют как

Описанный способ в условиях сильных импульсных помех имеет низкую помехозащищенность, обусловленную выполнением при определении скорости операции дифференцирования по времени координатной функции F, что приводит к "подчеркиванию" помех, присутствующих на входе измерительного устройства.

Наиболее близким к заявляемому изобретению (прототипом) является способ измерения скорости движения проводника с током (патент РФ №2208793, МПК7 G01P 3/50, БИ №20, 2003), заключающийся в непрерывном измерении сигналов возмущения двух магнитометрических датчиков полем движущегося проводника. В соответствии со способом-прототипом измерение скорости производят на участке траектории движения между индукционными датчиками, в процессе измерения скорости непрерывно измеряют ток i, протекающий в проводнике, а скорость ν движения проводника с током определяют как где ε1, ε2 - сигналы двух индукционных датчиков, C - коэффициент пропорциональности.

Недостатками способа-прототипа является необходимость дополнительного измерения электрического тока в движущемся проводнике, а также применение операции извлечения квадратного корня, что в целом существенно усложняет процесс измерения скорости.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение измерения скорости движения проводника с током за счет устранения необходимости дополнительного измерения электрического тока в движущемся проводнике и применения операции извлечения квадратного корня.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения скорости движения проводника с током, заключающемся в непрерывном измерении сигналов возмущения двух магнитометрических датчиков полем движущегося проводника, измерение скорости производят на участке траектории движения, смещенном в одну сторону от мест установки датчика магнитной индукции и индукционного датчика, а скорость ν движения проводника с током определяют как где ε - сигнал индукционного датчика, U - сигнал датчика магнитной индукции, C - [м/с] коэффициент пропорциональности.

От прототипа изобретение отличается тем, что измерение скорости производят на участке траектории движения, смещенном в одну сторону от мест установки датчика магнитной индукции и индукционного датчика, а скорость ν движения проводника с током определяют как где ε - сигнал индукционного датчика, U - сигнал датчика магнитной индукции, С [м/с] - коэффициент пропорциональности.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее заявляемый способ измерения скорости движения проводника с током, движущегося по проводящим направляющим, обеспечивающим протекание тока в контролируемом проводнике и образующим траекторию его движения. Оно содержит датчик магнитной индукции (ДМИ) 1 (например, датчик Холла) и индукционный датчик (ИД) 2. В отличие от устройства, реализующего способ-прототип, в устройстве, реализующем заявляемый способ, два магнитометрических датчика устанавливаются не по границам участка траектории Δx, на котором производится измерение скорости, а выносятся с одной стороны за пределы этого участка. Датчик магнитной индукции (ДМИ) 1 и индукционный датчик (ИД) 2 подключены соответственно через управляемые ключи 3 и 4 к входам "делитель" и "делимое" устройства деления (УД) 5, а выход индукционного датчика (ИД) 2, кроме того, соединен с входом порогового элемента (ПЭ) 6, выход которого подключен к управляющим входам управляемых ключей 3 и 4. Выход устройства деления (УД) 5 соединен с первым входом устройства умножения (УУ) 7, второй вход которого предназначен для подачи сигнала, пропорционального значению постоянного коэффициента С. Выход устройства умножения (УУ) 7 является общим выходом устройства для измерения скорости.

Как известно (статья: Cook R.W. Observation and analysis of current carrying plasmas in rail gun // IEEE Transactions on Magnetics. 1986. V.22. No.6. P.1423-1428), магнитная индукция В поля движущегося проводника с током i может быть описана следующим образом:

а выходной сигнал ε возмущения индукционного датчика полем движущегося проводника представляется как

где F(x(t)) с размерностью [1/м] и f(x(t)) с размерностью [1/м2] - сложные функции от координаты x(t) положения проводника на траектории его движения; N, SД - соответственно число витков и площадь сечения катушки индукционного датчика; ν - скорость перемещения проводника с током; µ0=4π·10-7 [Гн/м] - магнитная постоянная; i - ток, протекающий в движущемся проводнике.

С учетом (1) сигнал U датчика магнитной индукции (например, датчика Холла) может быть представлен следующим образом:

где KB [В/Тл] - чувствительность датчика магнитной индукции.

Как показывают исследования, определенные участки функций сигналов индукционного датчика (2) и датчика магнитной индукции (3), реагирующих на поле, создаваемое проводником с током при его движении на участке траектории Δx, смещенном на некоторое расстояние от мест установки этих датчиков (фиг.1, 2), могут быть с некоторой точностью аппроксимированы следующими экспоненциальными выражениями:

где k1 [м], k2 [м], ξ [1/м] - постоянные коэффициенты аппроксимаций.

Как видно из выражений (4), (5), выходные сигналы индукционного датчика (ε) и датчика магнитной индукции (U) зависят от координаты x(t) положения движущегося проводника и величины протекающего в нем тока i, при этом сигнал ε индукционного датчика зависит и от скорости ν движения проводника. Покажем, что отношение ε/U упомянутых сигналов датчиков будет зависеть (см. (4) и (5)) только от скорости ν проводника:

Как следует из (6), непрерывно измеряя сигналы ε, U возмущения индукционного датчика и датчика магнитной индукции полем проводника с током, движущегося на участке траектории Δx, смещенном на некоторое расстояние от мест установки этих датчиков, можно в течение определенного интервала времени, когда проводник проходит упомянутый участок, определять мгновенную скорость ν движения проводника с током как

где ε и U являются функциями времени t.

Обозначив через С [м/с] постоянный коэффициент в (7), можно записать выражение для скорости ν движения проводника с током в окончательном виде:

Таким образом, при измерении скорости согласно предлагаемому способу не требуется измерять ток в движущемся проводнике и выполнять сложные нелинейные преобразования сигналов (извлечение квадратного корня).

Устройство, реализующее заявляемый способ измерения скорости движения проводника с током (фиг.1), функционирует следующим образом.

При подходе движущегося проводника с током к индукционному датчику (ИД) 2 на выходе порогового элемента (ПЭ) 6 вырабатывается управляющий сигнал (пороговый элемент (ПЭ) 6 срабатывает при нарастании сигнала индукционного датчика (ИД) 2 до положительного максимума (см. фиг.2)), воздействующий на управляемые ключи 3 и 4. В результате они включаются и происходят подключения датчика магнитной индукции (ДМИ) 1 и индукционного датчика (ИД) 2 соответственно к входам "делитель" и "делимое" устройства деления (УД) 5. На его выходе появляется сигнал ε/U, а на выходе устройства умножения (УУ) 7 непрерывно формируется сигнал скорости ν движения проводника с током.

Использование заявляемого технического решения позволит упростить измерение скорости движения проводника с током.

Способ измерения скорости движения проводника с током, заключающийся в непрерывном измерении сигналов возмущения двух магнитометрических датчиков полем движущегося проводника, отличающийся тем, что измерение скорости производят на участке траектории движения, смещенном в одну сторону от мест установки датчика магнитной индукции и индукционного датчика, а скорость ν движения проводника с током определяют как
,
где ε - сигнал индукционного датчика, U - сигнал датчика магнитной индукции, С [м/с] - коэффициент пропорциональности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах определения скорости движения наземного транспортного средства. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, в частности скорости, прямолинейного движения проводников с током.

Изобретение относится к автономному определению линейной скорости автомобилей, самолетов и других подвижных объектов. .

Изобретение относится к области измерений параметров импульсных механических нагрузок и может быть использовано для непрерывной регистрации профилей скорости движения вещества в экстремальных условиях.

Изобретение относится к устройствам измерительной техники. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного контроля параметров движения торцов лопаток ротора турбомашины в процессе испытаний и эксплуатации.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров, в частности скорости, прямолинейного движения проводников с током.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля скоростного режима транспортного средства представителями службы безопасности движения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля скоростного режима транспортного средства представителями службы безопасности движения.
Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах определения скорости движения наземного транспортного средства. Технический результат - повышение точности определения скорости. Для достижения данного результата периодически корректируют механический датчик скорости от оптоэлектронного датчика скорости, в котором измеряют время задержки при приеме светочувствительными элементами сигналов, отраженных от неоднородностей дорожного покрытия при освещении их минипрожекторами данного датчика. При этом оценивают не всю совокупность импульсов, поступающих с чувствительных элементов, а лишь отдельные характерные импульсы, выделяемые в прогнозируемые интервалы времени, с помощью механического датчика скорости. Периодичность же коррекции механического датчика скорости определяют на основе сравнения сигналов на выходах первого и второго каналов оптоэлектронного датчика скорости.
Наверх