RU2123189C1

RU2123189C1 - Independent storage pickup for measuring of acceleration peak values

Info

Publication number: RU2123189C1
Application number: RU97109770A
Authority: RU
Inventors: В.Ф. Новиков; М.С. Бахарев
Original assignee: Тюменский государственный нефтегазовый университет
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1998-12-10

Abstract

FIELD: measurement of accelerations on object. SUBSTANCE: storage sensing element - magnetic crusher gauge inserted in inertial mass is positioned in body. Inertial mass is covered with layer of magnetosoft material and serves as magnetic screen at the same time. Crusher gauge is made as hollow cylinder which may accommodate inductance coil with magnetic core. Coil length is commensurable with length of sensing element. Coil with magnetic core combines function of magnetizing inductance coil and function of ferroprobing sensor. Storage pickup is protected reliably against effect of external magnetic fields. It does not need power supply since storage and reading functions are separated in time. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения пиковых значений ускорения объекта, например, при перевозках, ударах, выстрелах из орудий. The invention relates to measuring equipment and is intended to measure peak values of the acceleration of the object, for example, during transportation, shock, shots from guns.

Известен запоминающий датчик для измерения ударных ускорений, основу которого составляет магнитоупругий крешер [1]. Known storage sensor for measuring shock accelerations, the basis of which is a magnetoelastic crash [1].

Недостатком этой конструкции является ненадежность работы крешера вследствие ненадежности клеевого соединения тензодатчиков с крешером, а также незащищенность датчика от воздействия внешнего магнитного поля. The disadvantage of this design is the unreliability of the crash due to the unreliability of the adhesive connection of the load cells with the crash, as well as the insecurity of the sensor from the effects of an external magnetic field.

Известен также способ, позволяющий бесконтактно считывать информацию о магнитном состоянии крешера с помощью измерения его магнитного потока рассеяния [2]. There is also known a method that allows you to contactlessly read information about the magnetic state of the cracher by measuring its magnetic flux scattering [2].

Недостатком способа является незащищенность датчика от несанкционированно воздействия магнитным полем, создаваемым внешним намагничивающими устройством. The disadvantage of this method is the insecurity of the sensor from unauthorized exposure to a magnetic field created by an external magnetizing device.

Известна конструкция датчика для измерения импульсных давлений, выбранная в качестве прототипа, содержащая магнитный крешер, намагничивающие обмотки и два магнитных феррозонда, причем магнитный крешер выполнен в виде замкнутой магнитной цепи с симметрично расположенными прорезями, в которые помещены магнитные зонды, например датчики Холла [3]. A known sensor design for measuring pulsed pressures, selected as a prototype, containing a magnetic crasher, magnetizing windings and two magnetic fluxgates, the magnetic crasher is made in the form of a closed magnetic circuit with symmetrically located slots in which magnetic probes are placed, for example Hall sensors [3] .

Недостатком устройства является наличие полузамкнутого магнитопровода с катушкой, что требует определенных габаритов. Кроме того, полузамкнутая магнитная цепь слабо защищена от влияния внешнего магнитного поля и критична к взаимному положению частей магнитной цепи, а их изменение вносит дополнительные погрешности в измерения. The disadvantage of this device is the presence of a semi-closed magnetic circuit with a coil, which requires certain dimensions. In addition, a semi-closed magnetic circuit is weakly protected from the influence of an external magnetic field and is critical to the relative position of the parts of the magnetic circuit, and their change introduces additional measurement errors.

Задачей изобретения является повышение надежности работы датчика и устранение несанкционированного воздействия внешнего магнитного поля на показания датчика. The objective of the invention is to increase the reliability of the sensor and eliminate the unauthorized effects of an external magnetic field on the sensor readings.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом изобретении магнитный крешер выполняется в форме полого цилиндра, с возможностью размещения внутри него катушки индуктивности с магнитным сердечником. Все это располагается в инерционной массе, которая одновременно служит магнитным экраном. The technical result is achieved by the fact that in the present invention, the magnetic cracker is made in the form of a hollow cylinder, with the possibility of placing an inductor with a magnetic core inside it. All this is located in an inertial mass, which simultaneously serves as a magnetic screen.

Причем инерционная масса покрыта слоем магнитомягкого материала, а длина катушки соизмерима с длиной чувствительного элемента. С помощью катушки, путем пропускания по ней импульса тока, крешер намагничивается изнутри. Для измерения поля внутри крешера в предлагаемом изобретении использована та же намагничивающая катушка индуктивности с магнитным сердечником, выполненным в виде тонкой проволоки, выполняющая попеременно то функцию намагничивающей катушки, то функцию феррозондового магнитометра. Moreover, the inertial mass is covered with a layer of soft magnetic material, and the length of the coil is commensurate with the length of the sensing element. With the help of a coil, by passing a current pulse through it, the crasher is magnetized from the inside. To measure the field inside the crasher in the present invention, the same magnetizing inductor with a magnetic core made in the form of a thin wire is used, which alternately performs the function of a magnetizing coil, then the function of a flux-gate magnetometer.

Предлагаемая конструкция позволяет решить ряд проблем: 1) изменять в широких пределах чувствительность датчика путем изменения толщины стенок крешера; 2) приводить крешер в исходное состояние с малыми затратами энергии; 3) с помощью вводимого катушки-зонда считывать информацию; 4) успешно решить задачу защиты крешера от внешнего воздействия, используя двойной экран; 5) избавиться от источника питания и соединительных проводов. Использование магнитного экрана в качестве инерционной массы позволяет существенно уменьшить общую массу и размеры датчика. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом датчике намагничивающее устройство помещается внутри чувствительного элемента и выполняет также функцию измерительного устройства, а чувствительный элемент помещен в магнитный экран. The proposed design allows to solve a number of problems: 1) to widely vary the sensitivity of the sensor by changing the thickness of the walls of the crash; 2) to bring the cracker to its original state with low energy costs; 3) using the input probe coil to read information; 4) successfully solve the problem of protecting the crash from external influences using a double screen; 5) get rid of the power source and connecting wires. Using a magnetic screen as an inertial mass can significantly reduce the total mass and size of the sensor. Comparative analysis with the prototype shows that in the inventive sensor, the magnetizing device is placed inside the sensing element and also performs the function of a measuring device, and the sensitive element is placed in a magnetic screen.

Изобретение поясняется чертежом (фиг. 1), на котором представлен датчик и соединения намагничивающей катушки с генератором тока или с феррозондовым магнитометром. The invention is illustrated in the drawing (Fig. 1), which shows the sensor and the connection of the magnetizing coil with a current generator or with a flux gate magnetometer.

На фиг. 2 приведена зависимость показаний магнитометра от величины однократно испытанного датчиком ускорения. In FIG. Figure 2 shows the dependence of the magnetometer readings on the value once tested by the acceleration sensor.

Датчик содержит чувствительный элемент (магнитный крешер), например из TbFe, в виде полого цилиндра (1) с присоединенной к нему магнитной опорой (3). Элементы (1) и (3) вставляются в сверление инерционной массы (2) и вместе с ней помещаются внутрь цилиндра-экрана (4), изготовленного из магнитного материала, например армко-железа. Все это находится в корпусе (5), изготовленном из немагнитного материала (дюралюминия, титана, пластмассы). Сверху располагают амортизационные прокладки (8, 9), закрывают немагнитной крышкой (6), и завинчивают болтами с пломбами, например из пластилина (7). Датчик крепят к исследуемому объекту с помощью винта (10). The sensor contains a sensitive element (magnetic crasher), for example of TbFe, in the form of a hollow cylinder (1) with a magnetic support attached to it (3). Elements (1) and (3) are inserted into the drilling of the inertial mass (2) and together with it are placed inside the cylinder-screen (4) made of magnetic material, for example armco-iron. All this is located in the housing (5) made of non-magnetic material (duralumin, titanium, plastic). Above are depreciation pads (8, 9), closed with a non-magnetic cover (6), and screwed with bolts with seals, for example, from plasticine (7). The sensor is attached to the test object using a screw (10).

Датчик работает следующим образом: катушка индуктивности с магнитным сердечником (11), выполненным из тонкой проволоки, вставляется внутрь магнитного крешера (1), выполненного в форме полого цилиндра. По ней от генератора тока (или заряженных конденсаторов) (12) пропускается кратковременный импульс тока. При этом полем катушки индуктивности стирается ранее записанная в крешере информация и, тем самым, крешер подготавливается к работке. Затем катушка индуктивности (11) ключом "K" подсоединяется к феррозондовому магнитометру (13) и начинает выполнять функцию полузонда магнитометра. Начальные показания магнитометра α_o записываются. Исследования показали, что ошибка измерения минимальна, если размеры катушки индуктивности соизмеримы с размерами чувствительного элемента. Датчик крепится к объекту исследования, например, к транспортируемому грузу, самолету, ракете и т.п., который подвергается силовому воздействию (вибрации, ударам, ускорению). При этом инерционная масса вместе с надетым на нее цилиндром-экраном действует через внутренний выступ в цилиндре (2) на верхнюю кромку крешера с некоторой силой.The sensor operates as follows: an inductor with a magnetic core (11) made of thin wire is inserted inside the magnetic crasher (1), made in the form of a hollow cylinder. A short-term current pulse is passed through it from a current generator (or charged capacitors) (12). In this case, the information recorded in the crasher is erased by the field of the inductor and, thereby, the crasher is prepared for operation. Then, the inductance coil (11) with the key "K" is connected to the flux-gate magnetometer (13) and begins to fulfill the function of a half-probe magnetometer. The initial readings of the magnetometer α _{o are} recorded. Studies have shown that the measurement error is minimal if the dimensions of the inductor are commensurate with the dimensions of the sensitive element. The sensor is attached to the object of study, for example, to transported cargo, an airplane, a rocket, etc., which is subjected to force (vibration, shock, acceleration). In this case, the inertial mass, together with the cylinder-shield put on it, acts through the internal protrusion in the cylinder (2) on the upper edge of the crasher with some force.

Под действием импульса силы остаточная намагниченность крешера уменьшается тем сильнее, чем больше был пик силы. При этом уменьшается и поле внутри крешера. Таким образом датчик "запомнит" величину максимального ускорения, которому он подвергался. Убедившись в целостности пломбы, удаляют ее, вывинчивают болты (7), снимают крышку (6) и амортизационные прокладки (8, 9), вставляют внутрь крешера датчик магнитного поля (11) и записывают новые показания α магнитометра (13). По полученной разности показаний α_o-α = Δα и снятой ранее градуировочной кривой или с помощью экспериментально определенного коэффициента преобразования всего измерительного тракта (крешер, полузонд, магнитометр, инерционная масса) определяется максимальная величина действовавшего ускорения. Из графика на фиг. 2 видна монотонная зависимость между показаниями магнитометра Δα и величины однократно испытанного ускорения a.Under the action of a force impulse, the residual magnetization of the crash decreases the more, the greater the peak of force. In this case, the field inside the crasher also decreases. Thus, the sensor will "remember" the value of the maximum acceleration to which it was subjected. After making sure the integrity of the seal, remove it, unscrew the bolts (7), remove the cover (6) and cushioning pads (8, 9), insert the magnetic field sensor (11) inside the crasher and record new readings of the α magnetometer (13). From the obtained difference in the readings α _o -α = Δα and the previously measured calibration curve or with the help of an experimentally determined conversion coefficient of the entire measuring path (crash, half-probe, magnetometer, inertial mass), the maximum value of the acting acceleration is determined. From the graph in FIG. Figure 2 shows the monotonic dependence between the readings of the magnetometer Δα and the value of the acceleration once tested a.

Использование двойного экрана: внешнего - корпуса (5) и внутреннего (4) - в виде цилиндра, изготовленного из армко-железа, обеспечивает надежную защиту крешера от воздействия на него внешних переменных и постоянных магнитных полей. The use of a double screen: the external - the body (5) and the internal (4) - in the form of a cylinder made of armco-iron, provides reliable protection for the crasher from exposure to external variables and constant magnetic fields.

Claims

An accelerometer for measuring acceleration, comprising a housing, a sensing element in the form of a magnetic crusher, an inertial mass, an inductor, characterized in that the inductor is equipped with a magnetic core made in the form of a thin wire, the magnetic crusher is made in the form of a hollow cylinder with the possibility of placing a coil inside it inductance with a magnetic core and inserted into the inertial mass, the inertial mass being coated with a layer of soft magnetic material, and the length of the coil is comparable with the length of the sensitive about the item.