Двухкомпонентный датчик ускорения

Двухкомпонентный датчик ускорения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Самоюстирующийся датчик ускорения позволяет определить величину и направление ускорения путем измерения знака и величины выходного напряжения двух датчиков Холла, связанных с инерционной массой, размещенной в неоднородном магнитном поле. Для этого инерционная масса 4 выполнена из диамагнитного материала и размещена с возможностью отклонения от оси симметрии магнитной системы. Магнитная система, жестко связанная с корпусом 1, состоит из четырех постоянных магнитов 2 с полюсными наконечниками 3 гиперболического профиля и образуют магнитный квадруполь. Пластины двух взаимно перпендикулярных датчиков Холла 5, 6 связаны с инерционной массой и расположены параллельно оси симметрии магнитной системы. 2 ил.

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК.(!9) (!!) А1 (51)5 С О! Р 15 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ П(НТ СССР

1 (21) 4474133/24-10 (22) 14.06.88 (46) 07.06.90. Бюл. !(-" 21 (71) Белорусский государственный университет им. В.И. Ленина (72) В.Г. 111епелевич и С.В. Гусакова (53) 531.768(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

)и 344358, кл. G О! P 15/08, 1972.

Заявка ФРГ N ?709156, кл. G 01 P 15/08, 1978. (54) ДВУХКОМПОНЕНТНЫЙ ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Самоюстирующийся датчик ускорения позволяет определить величину и направление ускорения

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам преобразования параметров механического перемещения в электрический сигнал.

Целью изобретения является повьппение точности измерений за счет самоюстировки датчика, На фиг. 1 приведена принципиальная конструктивная. схема предлагаемого .датчика; на фиг. 2 — блок-схема обработки сигналов.

Датчик состоит из связанного с перемещающимся объектом корпуса 1,в котором закреплена магнитная система.

Магнитная система состоит из четырех магнйтов 2 (например, цилиндрические самарийкобальтовые магниты) с полюспутем измерения знака и величины выходного напряжения двух датчиков Холла, связанных с инерционной массой, размещенной в неоднородном магнитном поле. Для этого инерционная масса 4 выполнена из диамагнитного материала и размещена с возможностью отклонения от оси симметрии магнитной системы.

Магнитная система, жестко связанная с корпусом 1, состоит из четырех постоянных магнитов 2 с полюсными нако- нечниками 3 гиперболического профиля и образуют магнитный квадруполь.

Пластины двух взаимоперпендикуляр" ных датчиков Холла 5, 6 связаны с инерционной массой и расположены параллельно оси симметрии магнитной системы, 2 ил. ными наконечниками 3. Полюсные наконечники имеют сечение гиперболы, размещены так, что одноименные полюса лежат в противолежащих квадратах. В центре магнитной системы с возможностью отклонения от него (например, на растяжке или подвесе) укреплена инерционная масса 4, выполненная из диамагнитного материала (висмут, медь и др.). С инерционной массой жестко связаны два взаимоперпендикулярных датчика Холла 5 и 6, установленных так, что их пластины размещены под о углом 45 к осям постоянных магнитов.

Датчик ускорения работает следующим образом, 1569724

Инерционная масса 4 с пластинами датчиков Холла,5 и 6 под действием сил инерции пропорциональных ускорению отклоняется в любом направлении на плоскости Х-Y (фиг.1). При этом

5 значения выходных сигналов датчиков Холла U,U изменяются на величины, l ° 2 пропорциональные 8 sin Ц и Н„со$1, где Н вЂ” напряженность магнитного поР ля в точке расположения датчиков

;Холла; " угол, составляемый векто.ром ускорения с осью Х, Отклонение инерционной массы от положения равновесия происходит до тех пор, пока инерционная сила, действующая на нее, не уравновесится пондеромоторной силой, действующей на диамагнитное поле, помещенное в неоднородном магнитном поле, 20

Величина пондеромоторной силы определяется по формуле

F ш х Н„.. pradH !! где m — - масса тела; х - магнитная восприимчивость.

Направление силы зависит от знака магнитной восприимчивости вещества, из которого изготовлена инерционная масса 4. Для диамагнитных тел магнитная восприимчивость отрицательна и . такие тела выталкиваются из области поля с большей напряженностью. Учитывая, что для используемой магнитной системы напряженность магнитного поля выражается формулой

Н -"Нr 35 г о ° где Н - напряженность магнитного поля на полюсном наконечнике;

r - радиус"вектор системы.

Учитывая, что градиент напряженности магнитного поля величина постоянная, можно записать:

F х gradH Н,r, т,е. чем больше отклонение инерционной массы 4 от оси симметрии, тем

2 © О«С1У

Н,-+ 21пН c; — 1пН с,с,Н, 11

В результате индикатор фиксирует величину, пропорциональную напряженности магнитного поля, т.е. величину, прямо -. пропорциональную определяемо-! . му ускорению, Вторая, параллельная первой, схема обработки сигнала включает два индикатора 17 и 18, фиксирующих величину и знак выходных ЭДС

Я 2 ° 2

U -! СН 81ти - с1Н $1п !.

U -cH cosy -+ с„Н cos ц больше уравновешивающая пондеромоторная сила, действующая на нее, Таким образом, при снятии ускорения инерционная масса возвращается в исходное состояние.

В предлагаемом датчике не требуется производить специальной начальной юстировки, т.е. установления инерционной массы 4 и связанных с ней магниточувствительных элементов 5 и 6 в определенную точку поля, поскольку инерционная масса, выталкиваясь иэ любой области поля с напряженностью, не равной нулю, самопроизвольно устанавливается по оси магнитной системы, где Н О. Таким образом, исключается погрешность, связанная с ошибкой начальной установки и ошибкой последующего воспроизводства начальной точки отсчета, за счет чего повышается точность измерения.

Величина измеряемого ускорения пропорциональна напряженности магнитного поля в точке расположения датчиков Холла. Сопоставительный анализ выходных ЗДС датчиков Холла с учетом их знаков позволяет определить величину ускорения, а также его напряжение. В качестве примера рассмотрена следующая схема обработки сигнала (фиг.2).

На входы 7 и 8 датчиков Холла 5 и 6 последовательно подается постоян- ный ток от источника 9 стабилизрованного тока. Далее используются две параллельные схемы обработки выходных сигналов. Первая включает два аналогичных умножителя 1О и 11, на входы которых подаются ЗДС Холла, последовательно соединенные сумматор 12 ло1/

1 гарифматор 13, делитель 14, обратный логарифматор 15 и индикатор 16.

Блок последовательно осуществляет следующие операции:.! датчиков Холла, делитель 19 и аналоговый блок 20 и осуществляет следующие преобразования:

= )рН, +gp H sing

®

Ua = !Н2 +yP H„cosy

1569724 6 формула изобретения

Неопределенность, связанная с неопределенностью tg P при изменении 0-360 tg tg(y+ g(i g, исключается при учете знаков выходных сигналов, так как в первом квадранте значения

U и U< положительные, во втором — .

U положительное, U отрицательное, 1 в третьем — U и U отрицательные, в четвертом — Н, отрицательное, U< положительное. Следовательно, одновременная регистрация величин

+Н выл, +Н„соэ с и их обработка позволяют однозначно определить значение и направление измеряемого ускорения. При этом за начало отсчета должно быть выбрано направление, перпендикулярное оси симметрии магнитной системы в плоскости расположения одного из датчиков Холла, поскольку при перемещении в заданном направлении (х) значения Н„соз =Н„, а

Н,sin(p=O, Двухкомпонентный датчик ускорения, 5 содержащий корпус, инерционную массу на подвесе и преобразователь перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, преобразователь перемещений выполнен в виде магнитной системы из четырех постоянных магнитов с полюсными наконечниками, размещенных на корпусе и образующих магнитный квадруполь и двух вэаимоперпендикулярных датчиков Холла, установленных на инерционной массе, размещенной в центре квадруполя, причем полюсные наконечники выполнены гиперболического профиля, инерционная масса - из

20 диамагнитного материала, а пластины о . датчика Холла размещены под углом 45 к осям постоянных магнитов, !

569724

Фиг.2

Составитель Т. Макарова

Редактор И. !Пулла Техред М.Дидык Корректор В. Кабаций

Заказ l445 Тираж 449 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101