RU2363003C1

RU2363003C1 - Converter of linear accelerations

Info

Publication number: RU2363003C1
Application number: RU2008109702/28A
Authority: RU
Inventors: Роберт Радилович Саттаров (RU); Роберт Радилович Саттаров; Наталья Львовна Бабикова (RU); Наталья Львовна Бабикова
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-07-27

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: invention relates to data processing and measuring hardware, particularly, to appliances designed to indicate and control, in time, the 2^nd derivative of flying vehicle velocity. The proposed converter comprises a hollow cylindrical magnetic circuit consisting of two symmetric parts made of magnetically soft material and coupled via diamagnetic gasket. It comprises also the casing, a screen encased therein and furnished with rectangular inner pole. Aforesaid pole accommodates the ring made of diamagnetic material, two windings arranged nearby the magnetic circuit base and coupled by inner ferromagnetic core. It accommodates also a movable element representing a ring representing made from radially magnetised magnet. The height of aforesaid magnet equals the height of an inner circular pole that envelopes the said magnetic circuit ferromagnetic core. Aforesaid movable element incorporates additional ring radially magnetised in opposite direction. Note here that both rings are made from permanent magnets and separated by a non-magnetic gap, i.e. diamagnetic non-conducting washer, its width being equal to that of aforesaid washer.

EFFECT: higher accuracy of measurement, sensitivity and slope of converting characteristic.

2 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к средствам индикации и контроля измерений второй производной скорости летательных объектов во времени.The invention relates to information-measuring equipment, in particular to means for indicating and monitoring measurements of the second derivative of the speed of flying objects in time.

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.A known linear acceleration converter (A.S. 1051436 USSR, IPC G01P 15/11, 10/30/1983) containing a movable inertial magnetic element - a radially magnetized ring, freely mounted on a ferromagnetic axis, magnetic circuit, inductor, the windings of which are connected according to sequentially.

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.A known converter of linear accelerations (A.S. 1774269 USSR, IPC G01P 15/11, 11/07/1992) containing a composite cylindrical hollow magnetic circuit of symmetrical parts, two measuring windings connected by an internal composite ferromagnetic axis, and a movable element made in the form of a ring of radially magnetized magnet.

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.A known linear acceleration converter (A.S. 1774270 USSR, IPC G01P 15/11, 11/07/1992) containing a cylindrical hollow magnetic circuit, made integral, containing two symmetrical cylindrical parts, two windings at the base of the magnetic circuit, connected by an internal movable axis, and movable an element made in the form of a ring of a radially magnetized magnet.

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.The closest in technical essence and the achieved result is a linear acceleration transducer (AS USSR No. 1642404, MPK8 G01P 15/11, 04/15/1991), containing a cylindrical hollow magnetic circuit, consisting of two symmetrical cylindrical parts made of soft magnetic material and joined one with the other, through a diamagnetic gasket enclosed in a diamagnetic casing-screen, with a rectangular inner pole, on which is located a ring made of diamagnetic material, two windings at the base of the magnetic circuit, with united by an internal ferromagnetic axis, and a movable element made in the form of a ring of a radially magnetized magnet, the height of which is equal to the height of the inner circular pole, which freely covers the ferromagnetic axis of the magnetic circuit.

Прототип обладает таким недостатком как недостаточная чувствительность и крутизна преобразовательной характеристики при данном конструктивном решении подвижного инерционно-магнитного элемента - радиально намагниченного кольца.The prototype has such a disadvantage as a lack of sensitivity and steepness of the conversion characteristics with this constructive solution of a movable inertial magnetic element - a radially magnetized ring.

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.The objective of the invention is to increase the accuracy of measurements, increase the sensitivity and steepness of the conversion characteristics by changing the design of the movable inertial magnetic element, providing an increase in the steepness of the conversion characteristics and sensitivity of the device in question.

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.The problem is achieved in that in a linear acceleration transducer containing a cylindrical hollow magnetic circuit, consisting of two symmetric cylindrical parts made of soft magnetic material and joined to each other through a diamagnetic gasket enclosed in a diamagnetic casing-screen, with a rectangular inner pole on which there is a ring made of diamagnetic material, two windings at the base of the magnetic circuit, connected by an internal ferromagnetic axis, and a movable element, filled in the form of a ring of a radially magnetized magnet, the height of which is equal to the height of the inner circular pole, which freely covers the ferromagnetic axis of the magnetic circuit, in contrast to the prototype, the movable element contains an additional ring radially magnetized in the opposite direction, the rings being made of permanent magnets and separated by a nonmagnetic gap - a diamagnetic non-conductive washer equal in width to the annular diamagnetic washer gasket.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен преобразователь линейных ускорений, продольно-диаметральный разрез; на фиг.2 - конструкция внутренней оси магнитопровода преобразователя.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the linear acceleration transducer, longitudinally diametrical section; figure 2 - design of the internal axis of the magnetic circuit of the Converter.

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.The proposed linear acceleration converter contains a movable inertial magnetic element - two rings 1 and 2 radially magnetized in the opposite direction, made of permanent magnets and separated by a non-magnetic gap - a non-magnetic non-conductive washer 3, equal in width to the ring diamagnetic washer-washer - freely mounted on a ferromagnetic axis 4. The inner surface of the ring, sliding along the axis, is equipped with a fluoroplastic cylindrical gasket 5. The magnetic core of the converter consists of two of cylindrical cylindrical parts 6 and 7, forming at the place of their junction an inner circular pole 8 of a U-shaped profile, which is divided in its middle by a diamagnetic gap formed by an annular diamagnetic spacer-washer 9 and covered by a diamagnetic short-circuited ring 10. The outer bases of the cylindrical parts 6 and 7 the magnetic circuit is closed by soft magnetic flanges 11 and 12, which are interconnected by a ferromagnetic axis 4, enclosed at the flanges by two identical inductors 13 and 14, the windings of which are connected according to therefore. The magnetic circuit of the Converter is equipped with an external diamagnetic housing 15, which simultaneously performs the function of an electrostatic screen. The inner axis of the magnetic transducer, covered by the movable element, is composed of a pair of identical cylindrical rods 16 and 17 made of soft magnetic material (figure 2), as well as of a connecting diamagnetic insert 18, which rigidly and coaxially mechanically connects soft magnetic rods 16 and 17 using symmetrically arranged connecting elements 19 and 20. The outer diameter of the diamagnetic insert 18 is equal to the diameter of the rods articulated by this insert.

Преобразователь работает следующим образом.The converter operates as follows.

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.When moving the controlled object with a constant speed, coinciding in direction with the axis 4 of the transducer, a movable inertial-magnetic element consisting of two movable radially magnetized in the opposite direction rings 1 and 2, made of permanent magnets and separated by a non-magnetic gap - diamagnetic non-conductive washer 3 equal in width to the ring diamagnetic washer gasket, is in the neutral position (average) symmetrically with respect to both 9 parts disassembled by the washer gasket inside early circular pole 8 of the magnetic circuit. The magnetic flux generated by a movable inertial magnetic element, consisting of two movable rings 1 and 2 radially magnetized in the opposite direction, made of permanent magnets and separated by a non-magnetic gap — a non-magnetic non-conductive washer 3, equal in width to the ring diamagnetic washer-gasket, in such the mode of uniform movement of the controlled object is distributed equally among two symmetric branches of the converter magnetic circuit, which are separated by a diamagnetic washer 9 and oh acheny axis at the base 4, respectively, coils 13 and inductance 14 (Figure 1). In this case, the induced EMF is absent in coils 13 and 14 and there is no electric signal at the output.

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.If the controlled object moves with a constant temporal velocity gradient, then the moving inertial-magnetic element of the transducer under the influence of the inertia force opposite to the direction of the acceleration vector of the object under study is affected by a constant force that determines the displacement of the moving inertial-magnetic element relative to the dismembered washer-washer 9 of the inner circular pole 8 of the magnetic circuit, closed by a short-circuited ring 10, for a fixed distance along yayuschey inner axis 4. The magnetic flux generated by the movable element is distributed unevenly between the upper and lower cylindrical portions of the magnetic circuit, respectively, comprising a coil 14 and coil inductance 13 measuring transducer coil. However, due to the fixed-displaced position of the movable inertial magnetic element relative to each of the parts of the internal pole 8 of the converter magnetic circuit divided by a diamagnetic washer-washer 9, there is no variable component in the magnetic fluxes covering the inductors 13 and 14 with constant acceleration of the controlled object.

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.In cases where there are acceleration variations when moving the object under investigation, a variable in magnitude and sign force acts on the moving inertial-magnetic element, causing a continuous displacement of the magnetic ring along the ferromagnetic axis 4. The redistribution of the magnetic flux of the moving inertial-magnetic element between the two the branches of the magnetic circuit divided by a diamagnetic ring washer 9 leads to the appearance of coils 13 and 14 meas. The measuring coil of the EMF converter, the value of which at each moment of time is proportional to the time gradient of acceleration of the controlled object. In addition, a feature of the functioning of the transducer is that due to the movable inertial magnetic element, consisting of 2 radially opposite rings of permanent magnets, the depth of modulation of the magnetic flux increases. There is also no constant component, due to which, it is possible to reduce the cross section and the mass of the magnetic circuit.

Claims

A linear acceleration transducer comprising a cylindrical hollow magnetic circuit consisting of two symmetrical cylindrical parts made of soft magnetic material and joined to one another through a diamagnetic gasket enclosed in a diamagnetic casing screen with a rectangular inner pole on which a ring made of diamagnetic material is located , two windings at the base of the magnetic circuit, connected by an internal ferromagnetic axis, and a movable element made in the form of a ring of radially magnet a magnet, the height of which is equal to the height of the inner circular pole, which freely encompasses the ferromagnetic axis of the magnetic circuit, characterized in that the movable element contains an additional ring radially magnetized in the opposite direction, the rings being made of permanent magnets and separated by a non-magnetic gap — a non-magnetic non-conductive washer equal to the width of the ring diamagnetic washer gasket.