RU2331891C2 - Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел - Google Patents
Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2331891C2 RU2331891C2 RU2005136282/28A RU2005136282A RU2331891C2 RU 2331891 C2 RU2331891 C2 RU 2331891C2 RU 2005136282/28 A RU2005136282/28 A RU 2005136282/28A RU 2005136282 A RU2005136282 A RU 2005136282A RU 2331891 C2 RU2331891 C2 RU 2331891C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic circuit
- measuring channel
- measuring
- sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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 условиягде 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136282/28A RU2331891C2 (ru) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005136282/28A RU2331891C2 (ru) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005136282A RU2005136282A (ru) | 2007-05-27 |
RU2331891C2 true RU2331891C2 (ru) | 2008-08-20 |
Family
ID=38310450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005136282/28A RU2331891C2 (ru) | 2005-11-22 | 2005-11-22 | Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2331891C2 (ru) |
-
2005
- 2005-11-22 RU RU2005136282/28A patent/RU2331891C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
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. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005136282A (ru) | 2007-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4398773A (en) | Magnetic suspension assembly for a rotor | |
US7595633B2 (en) | Velocity measurement using magnetoresistive sensors | |
CN110114637B (zh) | 传感器装置 | |
EP1538448A1 (en) | Eddy current sensors | |
CA2759017C (en) | Method for inductive generating an electrical measurement signal and related sensor device | |
US6064196A (en) | Apparatus and method for calculating muzzle velocity | |
US4372192A (en) | First motion detector | |
JP6559629B2 (ja) | 外部浮遊磁場を補償する装置または磁場勾配が磁場センサに及ぼす影響を補償する装置 | |
JP2004354385A (ja) | 発射体の砲口速度を決定する装置および方法 | |
RU2331891C2 (ru) | Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел | |
Roeseler et al. | Monitoring blade passage in turbomachinery through the engine case (no holes) | |
US6992476B2 (en) | Transmitter system for a ferraris motion transmitter | |
US6563302B1 (en) | Device for sensing projectile velocity in an underwater environment | |
RU2193207C2 (ru) | Датчик положения и скорости перемещения быстродвижущихся тел | |
US6639398B2 (en) | Magnetic sensor that concentrates magnetic flux in an air gap | |
US4935697A (en) | Method and apparatus for detecting a projectiles flight path by sending a magnetic field produced by movement of frictionally imparted electrical change on the projectile | |
KR960035022A (ko) | 하이-케이던스 건의 총구에서 탄도의 속도를 측정하는 장치 | |
US6374673B1 (en) | Velocity sensor | |
RU161396U1 (ru) | Датчик дульной скорости | |
EP0987523A2 (en) | Apparatus for and method of generating a pulse signal | |
Saito et al. | New method for projectile velocity measurement using Faraday-type electromagnetic sensor for hypervelocity impact experiments and detection efficiency of the method | |
ES2949532T3 (es) | Dispositivo y procedimiento para determinar una velocidad o aceleración de un objeto eléctricamente conductor, así como sistema | |
JPH0625773B2 (ja) | 移動体の移動速度計測装置 | |
FI79192C (fi) | Sensor foer maetning av foeraendringar i magnetfaelt. | |
EP0987821A2 (en) | Apparatus for and method of generating a pulse signal |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161123 |