RU1793384C - Angular acceleration sensor - Google Patents
Angular acceleration sensorInfo
- Publication number
- RU1793384C RU1793384C SU914928615A SU4928615A RU1793384C RU 1793384 C RU1793384 C RU 1793384C SU 914928615 A SU914928615 A SU 914928615A SU 4928615 A SU4928615 A SU 4928615A RU 1793384 C RU1793384 C RU 1793384C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- inertial mass
- ring
- mass
- section
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
|Изобретение относитс к информационно-измерительной технике и может быть испо; ьзовано дл измерени угловых ускорений технических объектов при их испытани х и эксплуатации. Сущность изобретени : устройство состоит из 0-обрэзно- го магнитопровода 1, имеющего на стержне 2 участок 3 круглого сечени , служащий осью, на которую насажена инерционна масса 4, представл юща собой магнито- м гкое кольцо, радиальна толщина которого посто нна, а внешн образующа измен етс по окружности по линейному закону. Дополнительные немагнитные массы 5 и 6 используютс дл балансировки инерционного элемента 4. Зазор между внутренней поверхностью кольцевой массы 4 и участком 3 круглого сечени заполнен магнитной жидкостью 7. 4 ил.| The invention relates to information measuring equipment and can be used; Used to measure the angular accelerations of technical objects during their testing and operation. SUMMARY OF THE INVENTION: the device consists of a 0-shaped magnetic core 1 having a circular section 3 on the shaft 2, serving as an axis on which the inertial mass 4 is mounted, which is a soft magnetic ring whose radial thickness is constant and the external the generator varies in a circular fashion according to a linear law. Additional non-magnetic masses 5 and 6 are used to balance the inertial element 4. The gap between the inner surface of the annular mass 4 and the circular section 3 is filled with a magnetic fluid 7.4 silt.
Description
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени угловых ускорений технических объектов при их испытани х и эксплуатации .The invention relates to measuring technique and can be used to measure the angular accelerations of technical objects during their testing and operation.
Известен датчик угловых ускорений, содержащий 0-образный магнитопровод, инерционные элементы в виде посто нных магнитов, св занный с подвижной частью датчика плоскими пружинами, и измерительную обмотку. A known angular acceleration sensor comprising a 0-shaped magnetic circuit, inertial elements in the form of permanent magnets connected to the moving part of the sensor by flat springs, and a measuring winding.
Недостатками этого датчика вл ютс узкий измерительный диапазон как следствие малой амплитуды отклонени инерционных масс от положени равновеси и низка надежность из-за наличи упругих деформируемых элементов.. The disadvantages of this sensor are a narrow measuring range as a result of the small amplitude of the inertial mass deviation from the equilibrium position and low reliability due to the presence of elastic deformable elements.
Известен также преобразователь угловых ускорений, содержащий магнитопровод , обмотку возбуждени переменного то ка, измерительную обмотку и секторооб разную магнито.м гкую инерционную массу , посаженную на диамагнитную ось.An angular acceleration transducer is also known, comprising a magnetic circuit, an alternating current excitation winding, a measuring winding, and a sector-shaped magnetic soft inertial mass planted on a diamagnetic axis.
Недостатком данного преобразовател вл етс наличие большого количества разнообразных и сложных по форме деталей магнитопровода, что определ ет конструктивную сложность устройства.The disadvantage of this converter is the presence of a large number of various and complex in shape parts of the magnetic circuit, which determines the structural complexity of the device.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс датчик угловых ускорений, содержащий магнитопровод с размещенными на нем обмотками возбуждени посто нного тока и измерительными обмотками, одновременно вл ющимис пружинами, и кольцевую инерционную массу на магнитом гкой оси.Closest to the proposed technical essence is an angular acceleration sensor containing a magnetic circuit with DC excitation windings and measuring windings simultaneously springs placed on it and an annular inertial mass on the magnetic axis.
Указанный преобразователь имеет Сложную конструцию. Это объ сн етс большим количеством сборочных деталей. Кроме того, сложную технологию изготовлени имеет пружинна обмотка, выполн ема из особых сортов стали и требующа эластичной изол ции во избежание замыкани витков на корпус и между собой. Использование такой обмотки в датчике усложн ет его конструкцию еще и проблемой закреплени центральной части пель- нопитой пр у-ж ины на инерционном элементе. К недостаткам данного устройства относ тс также трудности, св занные с выводом наружу токоподвод щих и сигнальных проводов обмоток, расположенных внутри цилиндрического корпуса. Кроме перечисленных недостатков, определ ющих сложность конструкции преобразовател ,The specified converter has a complex design. This is explained by the large number of assembly parts. In addition, a spring winding made of special grades of steel and requiring flexible insulation has a complicated manufacturing technology to avoid shorting the coils to the housing and to each other. The use of such a winding in the sensor complicates its design by the problem of fixing the central part of the dummy yarn on the inertial element. The disadvantages of this device also include difficulties associated with the output of the current-carrying and signal wires of the windings located inside the cylindrical body. In addition to the listed disadvantages that determine the complexity of the design of the converter,
его надежность снижаетс из-за повышенного износа пружинных обмоток.its reliability is reduced due to increased wear of the spring windings.
Цель изобретени - упрощение конструкции и повышение надежности датчикаThe purpose of the invention is to simplify the design and increase the reliability of the sensor
Цель достигаетс тем, что в датчике угловых ускорений, содержащем магнитопровод с размещенными на нем обмотками возбуждени посто нного тока и измерительными обмотками и кольцевую инерционную массу на магнитом гкой оси, внешн образующа кольцевой инерционной массы выполнена измен ющейс по окружности по линейному закону и посаженаThe goal is achieved in that in an angular acceleration sensor containing a magnetic circuit with DC excitation windings and measuring windings located on it and a ring inertial mass on the magnet of a flexible axis, the outer forming the ring inertial mass is made to vary in a circular fashion according to the linear law
0 на участок круглого сечени одного из стержней 0-образного магнитопровода, причем зазор, образованный участком круглого сечени стержн и внутренней поверхностью кольцевой массы, заполнен магнитной жид5 костью, а дл балансировки кольцевой инерционной массы использованы немагнитные вставки.0 to the circular section of one of the rods of the 0-shaped magnetic circuit, the gap formed by the circular section of the rod and the inner surface of the annular mass is filled with magnetic fluid, and non-magnetic inserts were used to balance the annular inertial mass.
Сопоставительный анализ с прототипом показал, что; за вл емое устройство от0 личаетс тем, что у инерционной массы внешн образующа кольца выполнена измен ющейс по окружности по линейному закону, масса посам ена на участок круглого сечени одного из стержней 0-образногоComparative analysis with the prototype showed that; The inventive device differs in that the inertial mass of the outer forming ring is made to vary in a circular fashion according to the linear law, the mass is transferred to a circular section of one of the rods of the 0-shaped
5 магнитопровода, причем зазор, образованный участком круглого сечени стержн и внутренней поверхностью кольцевой массы , заполнен магнитной жидкостью, а дл балансировки инерционной массы исполь0 зованы немагнитные вставки. В результате патентного поиска и поиска по научно-технической литературе не было обнаружено технических решений, имеющих признаки, сходные с-отличительными признаками за5 вл емого устройства, Поэтому за вл емое решение соответствует критери м новизна и существенные отличи .5 of the magnetic circuit, the gap formed by the round section of the rod and the inner surface of the annular mass being filled with magnetic fluid, and non-magnetic inserts were used to balance the inertial mass. As a result of a patent search and a search in the scientific and technical literature, no technical solutions were found that have features similar to the S-distinctive features of the claimed device. Therefore, the claimed solution meets the criteria of novelty and significant differences.
На фиг. 1 представлена конструкци датчика; на фиг. 2 - внешний вид инерцион0 ной массы без немагнитных вставок; на фиг. , 3 - график-выходной ЭДС при воздействии посто нного углового ускорени одного направлени ; на фиг, 4 - график выходной .ЭДС при воздействии посто нного ускоре5 ни противоположного направлени .In FIG. 1 shows a design of a sensor; in FIG. 2 - the appearance of the inertial mass without nonmagnetic inserts; in FIG. , 3 - graph-output EMF under the influence of constant angular acceleration in one direction; Fig. 4 is a graph of the output .EMF under the influence of a constant accelerator5 or in the opposite direction.
Датчик угловых ускорений содержит 0- образный магнитопровод 1, имеющий на стержне 2 участок 3 круглого сечени и служащий осью, на которую посажена инерци0 онна масса 4. Масса 4 представл ет собой кольцо из магнитом гкого материала, радиальна толщина а которого посто нна, а внешн образующа кольца измен етс по окружности по линейному законуThe angular acceleration sensor contains a 0-shaped magnetic circuit 1 having a circular section 3 on the rod 2 and serving as an axis on which an inertial mass 4 is fitted. Mass 4 is a ring of magnetically soft material whose radial thickness is constant and the external the forming ring varies in a circular fashion according to a linear law
5ь„5b „
Ь B
JM3KCJm3kc
1л1l
а,. О а 2 п.and,. About 2 p.
(D(D
где b - величина образующей;where b is the value of the generatrix;
Ьмакс - наибольшее значение образующей (см. фиг. 2);Lmax is the largest value of the generatrix (see Fig. 2);
о. - величина угла, функцией которого вл етс внешн образующа кольцевой ассы, или угловое перемещение инерционной массы.about. is the magnitude of the angle, the function of which is the outer forming annular assa, or the angular displacement of the inertial mass.
Различные величины внешней образую- щей кольца обозначены на фиг. 1 как bi и Ь2. Ј ололнительные массы 5 и б, изготовленные из немагнитного материала, использу- к тс дл балансировки инерционной массы 4 Зазор между внутренней поверхностью к льцевой массы 4 и участком 3 круглого сэчени стержн 2 заполнен магнитной жидкостью 7. Обмотки 8 и 9 возбуждени . р эсположенные на стержн х магнитопрово- д з 1, включены последовательно и встречно и питаютс посто нным током. На магнито- п эоводе 1 также расположены измеритель- н ie обмотки 1.0 и 11, которые включены последовательно и согласно дл выходной ЭЦС.Various values of the outer forming ring are indicated in FIG. 1 as bi and b2. Олнительн Extra masses 5 and b, made of non-magnetic material, are used to balance the inertial mass 4. The gap between the inner surface of the face mass 4 and the circular section 3 of the rod 2 is filled with magnetic fluid 7. Field windings 8 and 9. The magnetic conductors located on the rods 1 are connected in series and counter-current and are supplied with direct current. A measuring coil, ie, windings 1.0 and 11, which are connected in series and in accordance with the output EMC, are also located on the magneto-electrodes 1.
Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.
При вращении испытываемого объекта посто нной скоростью масса 4 покоитс носительномагнитопровода 1 и выходнойWhen the test object is rotated at a constant speed, mass 4 is at rest of the carrier magnetic circuit 1 and the output
аand
гнал равен нулю.drove equal to zero.
При по влении углового ускорени на M.iccy действует вращающий момент, который вызывает вращение инерционной массы 4 с посто нной угловой скоростью, or редел емой из принципа Даламбера какWhen angular acceleration appears, M.iccy is affected by a torque that causes the inertial mass 4 to rotate at a constant angular velocity, or defined from the d'Alembert principle as
Л1 - d.g - М L1 - d.g - M
« т,(2)"T, (2)
где о.-угловое перемещение инерционной млссы;where about.-angular displacement of inertial mlssa;
М - вращающий момент;M - torque;
f - посто нный по величине коэффициент трени вращени массы 4-на оси.f is the coefficient of friction constant rotation of the mass of the 4-axis.
При этомWherein
М 1о р.M 1 r.
кои J круглого сечени и внутренней позерхностыо кольца 4, который заполненKoi J of circular cross section and inner surface of the ring 4, which is filled
где lo - момент инерции тела:where lo is the moment of inertia of the body:
. р - угловое ускорение исследуемого объекта.. p is the angular acceleration of the investigated object.
Вращение инерционной массы 4 приво- дитк изменению площади воздушного зазора толщиной б (см. фиг. 1) между внешней поверхностью кольцевой массы и продольным стержнем магнитопровода 1.The rotation of the inertial mass 4 leads to a change in the area of the air gap of thickness b (see Fig. 1) between the outer surface of the annular mass and the longitudinal rod of the magnetic circuit 1.
Магнитным сопротивлением стали магнитопровода , а также зазора между участ- 3The magnetic resistance of the steel of the magnetic circuit, as well as the gap between the
маma
гнитной жидкостью 7, пренебрегаем ввиду их малости по сравнению с сопротивлением воздушного зазора толщиной д. Дл Ф- маЫитного потока датчика выполн етс 55gnitic liquid 7, neglected because of their smallness compared with the resistance of the air gap with a thickness of d. For an absolute flow of the sensor, 55
Ф -тЈ-, (4)Ф -тЈ-, (4)
RR
//
где F - МДС обмоток возбуждени посто нного тока;where F is the DCS of the DC excitation windings;
5 10 5 10
15fifteen
20twenty
2525
30thirty
3535
4040
4545
50fifty
5555
Rj{ - магнитное сопротивление воздушного зазора толщиной д и площадью S.Rj {is the magnetic resistance of the air gap of thickness d and area S.
(5)(5)
где д магнитна проницаемость воздуха .where q is the magnetic permeability of air.
Так как внешн образующа кольцевой инерционной массы измен етс по окружности (другими словами, в функции от а) по линейному закону (1), то зависимость площади зазора от угла поворота массы также линейна:Since the external generating annular inertial mass varies in a circle (in other words, as a function of a) according to the linear law (1), the dependence of the gap area on the rotation angle of the mass is also linear:
S Ki + К2 а.(6) где Ki, K2 - посто нные по величине коэффициенты .S Ki + K2 a. (6) where Ki, K2 are constant coefficients in magnitude.
При изменени х магнитного потока в измерительных катушках 10 и 11 наводитс ЭДС, выражение дл которой получим из услови (4) с учетом уравнений (5) и (6):When the magnetic flux changes in the measuring coils 10 and 11, an EMF is induced, the expression for which is obtained from condition (4), taking into account equations (5) and (6):
,.; d IA/ с К2 ,,v ,.; d IA / s K2 ,, v
f-изм - - W - W F -g- -ат. (7)f-ism - - W - W F -g- -at. (7)
где W - общее количество витков в катушках 10и 11.where W is the total number of turns in the coils 10 and 11.
Подставим в выражение (2) формулу (3). а полученное уравнение в (7). Дифференциру с учетом посто нной величины воздействующего ускорени , получимWe substitute formula (3) into expression (2). and the resulting equation in (7). Differentiating, taking into account the constant value of the acting acceleration, we obtain
IO//Q К2IO // Q K2
ЈиЈand
-W F -W F
уИз полученного следует, что при вращении инерционной массы 4 со скоростью, пропорциональной воздействующему ускорению , на выходе датчика по витс ЭДС. также пропорциональна ускорению контролируемого объекта.It follows from the obtained that when the inertial mass 4 rotates at a speed proportional to the acting acceleration, the emitter emits at the sensor output. also proportional to the acceleration of the controlled object.
Выходной сигнал датчика определ етс скоростью вращени массы, котора зависит от величины воздействи . При этом исключены деформируемые элементы, что упрощает конструкцию и делает ее более надежной. Реализаци такого режима работы устройства достижима в результате выполнени внешней образующей кольцевой массы измен ющейс по окружности по линейному закону.The output of the sensor is determined by the speed of rotation of the mass, which depends on the magnitude of the effect. In this case, deformable elements are excluded, which simplifies the design and makes it more reliable. The implementation of such a mode of operation of the device is achievable as a result of performing an external generatrix of the annular mass varying in a circular fashion according to a linear law.
Дальнейшим упрощением конструкции преобразовател вл етс посадка инерционной массы на участок круглого сечени одного из стержней 0-образного магнитопровода . При этом участок стержн магнитопровода одновременно выполн ет функции оси и отпадает необходимость в использовании соответствующей детали.A further simplification of the design of the transducer is to fit the inertial mass onto a circular section of one of the rods of the 0-shaped magnetic circuit. In this case, the portion of the core of the magnetic circuit simultaneously functions as an axis and there is no need to use the corresponding part.
Заполнение зазора между участком круглого сечени стержн 0-образного магнитопровода и внутренней поверхностью кольцевой массы магнитной жидкостью необходимо дл получени малого магнитногоFilling the gap between the circular cross section of the rod of the 0-shaped magnetic circuit and the inner surface of the annular mass with magnetic fluid is necessary to obtain a small magnetic
сопротивлени этого воздушного зазора и тем самым обеспечени высокой линейности выходного сигнала преобразовател .resistance of this air gap and thereby ensuring high linearity of the converter output signal.
Наиболее устойчива работа предлагаемого датчика с учетом новых признаков обеспечиваетс применением дополнительных к инерционному элементу 4 масс, выполненных из немагнитного материала.The most stable operation of the proposed sensor, taking into account new features, is ensured by the application of 4 additional masses made of non-magnetic material to the inertial element.
У предлагаемого технического решени имеетс дополнительное преимущество относительно прототипа, заключающеес в том, что при вращении инерционной массы 4 в выходном сигнале датчика кроме аналоговой составл ющей также имеют место от- рицательные выбросы выходного напр жени (см. фмг. 3 и 4). Этот отрицательный выброс объ сн етс наличием у массы 4 резкого перепада величины внешней образующей от максимального к минимальному значению. Один импульс соответствует одному полному обороту кольцевой массы, а интервал времени между двум соседними выбросами равн етс Т - периоду обращени инерционной массы. Число импульсов п в единицу времени, пропорциональное воздействующему ускорению , определ етс .The proposed technical solution has an additional advantage with respect to the prototype, namely, when the inertial mass 4 rotates, in the output signal of the sensor, in addition to the analog component, there are also negative surges in the output voltage (see fmg. 3 and 4). This negative emission is explained by the presence in mass 4 of a sharp drop in the magnitude of the external generatrix from the maximum to the minimum value. One pulse corresponds to one complete revolution of the annular mass, and the time interval between two adjacent surges is equal to T, the period of revolution of the inertial mass. The number of pulses n per unit time, proportional to the acting acceleration, is determined.
: - Тд +: - TD +
Возможность одновременного получени выходного сигнала датчика в аналоговом и дискретном виде позвол ет его универсальное использование как в аналоговых , так и в цифровых измерительных системах . При же-лании избавитьс от дискретной составл ющей сигнала выход датчика шунтируют емкостью.The possibility of simultaneously receiving the sensor output signal in analog and discrete form allows its universal use in both analog and digital measuring systems. If you want to get rid of the discrete component of the signal, the sensor output is shunted by the capacitance.
Возможность свободного вращени Free rotation
инерционной массы на оси, неограниченной наибольшим углом закручивани пружины , обеспечивает еще два дополнительных преимущества относительно прототипа: расширение измерительногоthe inertial mass on the axis, unlimited by the largest angle of rotation of the spring, provides two additional advantages relative to the prototype:
диапазона устройства в сторону увеличени и возможность измерени внешних воздействи в течение неограниченного времени, т.е. чем большие угловые ускорени воздействуют на инерционную массу, с тем пропорционально большей скоростью она имеет возможность вращатьс в течение сколь угодно долгого по времени воздействи ускорени .the range of the device in the direction of increase and the ability to measure external influences for an unlimited time, i.e. the larger the angular accelerations affect the inertial mass, the proportionally greater speed it is able to rotate during the arbitrarily long exposure to the acceleration.
Указанные достоинства за вл емогоIndicated advantages of the claimed
технического решени определ ют экономическую и практическую целесообразность его использовани в системах измерений,контрол и управлени .Technical solutions determine the economic and practical feasibility of its use in measurement, control and control systems.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914928615A RU1793384C (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Angular acceleration sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU914928615A RU1793384C (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Angular acceleration sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1793384C true RU1793384C (en) | 1993-02-07 |
Family
ID=21570393
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU914928615A RU1793384C (en) | 1991-04-17 | 1991-04-17 | Angular acceleration sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1793384C (en) |
-
1991
- 1991-04-17 RU SU914928615A patent/RU1793384C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР № 822042, кл. G 01 Р 15/08,1981. Авторское свидетельство СССР N° 393684, кл. G 01 Р 15/08, 1973. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0584518B1 (en) | Induction-type motion sensor | |
US3516294A (en) | Acceleration sensitive device | |
US3387491A (en) | Compass-oriented fluid velocity and direction sensor | |
RU1793384C (en) | Angular acceleration sensor | |
US5216924A (en) | Passive flowmeter for determining the flow rate and the direction of flow in a well | |
US4891983A (en) | Inductively coupled force balance instrument | |
US4207769A (en) | Change of angular acceleration sensor | |
Eren | Inductive displacement sensors | |
SU678430A1 (en) | Pulsed speed and acceleration sensor | |
US3159037A (en) | Combination pick-off and self-check mechanism for transducers | |
US3810393A (en) | Angular accelerometers | |
SU581432A1 (en) | Speed sensor using barkhoisen effect | |
SU995044A1 (en) | Piezoelectric seismometer | |
SU759963A1 (en) | Electromagnetic angular acceleration transducer | |
SU393684A1 (en) | ANGULAR ACCELERATION SENSOR | |
SU714286A1 (en) | Angular acceleration sensor | |
SU800611A1 (en) | Angular displacement transducer | |
SU857710A1 (en) | Object tilt pickup | |
SU794515A1 (en) | Shaft rotation parameter transducer | |
SU896414A1 (en) | Device for determination of object tilt angle | |
SU1618998A1 (en) | Contact-free displacement transducer | |
SU666483A1 (en) | Two degree-of-freedom accelerometer | |
RU1783317C (en) | Vibration speed pickup | |
SU1673988A1 (en) | Acceleration variation converter | |
RU1774269C (en) | Linear acceleration transducer |