Двухкомпонентный датчик ускорения

Авторы патента:

G01P15/105 - с помощью магнитно-чувствительных устройств

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 вЂ” 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 вЂ” - 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; вЂ” 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 вЂ” .

U положительное, U отрицательное, 1 в третьем вЂ” U и U отрицательные, в четвертом вЂ” 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

Похожие патенты:

Компенсационный акселерометр // 1563404

Регистратор ускорения // 1509746

Изобретение относится к измерению параметров ударного ускорения объектов, когда электрическая связь с объектом испытаний исключена

Акселерометр // 1508173

Изобретение относится к измерению низкочастотных линейных ускорений акселерометром с жидкостным подвесом инерционной массы

Датчик углового ускорения // 1223151

Преобразователь для измерения параметров вибрации // 1163275

Датчик углового ускорения // 1151889

Преобразователь ускорений // 1078337

Магнитоэлектрический вибропреобразователь // 1065782

Двухкомпонентный акселерометр // 1064204

Датчик угловой скорости и ускорения // 1029087

Способ измерения углового ускорения вала // 2194996

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала

Измеритель углового ускорения вала // 2253120

Изобретение относится к области измерения параметров вращения и может быть использовано в системах автоматического управления

Измеритель углового ускорения вала // 2278389

Изобретение относится к области измерения параметров вращения вала и может быть использовано в системах автоматического управления

Преобразователь угла, угловой скорости и углового ускорения вала в код // 2280322

Изобретение относится к области измерительной техники

Высокоточный космический акселерометр // 2468374

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для определения ускорения поступательного движения космического аппарата

Преобразователь изменений ускорений // 1673988

Изобретение относится к информационно-измерительной технике

Преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код // 2516382

Изобретение относится к измерительной технике, представляет собой преобразователь пути и линейной скорости движения объекта в код и может использоваться при контроле положения и скорости при малых (0,1 мкм÷10 мкм) и больших (до 10 см) перемещениях. Для улучшения метрологических и весогабаритных характеристик преобразователя пути и линейной скорости электрический и магнитный блоки преобразователя реализованы на базе техники цилиндрических магнитных доменов (ЦМД) и микроэлектронного конструирования. Технический результат достигается тем, что с помощью магнитных триггеров 10 и 17, магнитного барьера 19 и электронного блока «реверс» 20, который осуществляет переключение фаз тактирующего генератора 1, проводится измерение пути и скорости объекта независимо от направления его движения, результаты которого регистрируются в счётчиках. Пределы измерения ограничиваются скоростью движения ЦМД (20 м/с и более). При этом благодаря малым размерам ЦМД (0,1 мкм÷10 мкм) значительно уменьшаются весогабаритные параметры преобразователей. 1 ил.

Сенсор на плоской катушке // 2594072

Изобретения относятся к измерительной технике и могут быть использованы при определении характеристик движения объектов, таких как скорость, ускорение, вибрации и т.д. Чувствительный элемент датчика для определения характеристик движения состоит из сигнальной плоской катушки индуктивности или ее части, размещенной в магнитном поле жестко связанного с ней постоянного магнита. Указанный чувствительный элемент может быть использован в качестве элемента печатной платы, одинарной или многослойной. При этом многослойную печатную плату выполняют таким образом, что либо как минимум один из ее слоев, не содержащий чувствительный элемент, включает как минимум один фрагмент как минимум одного витка катушки электромагнита; либо слой с катушкой заключен в толще печатной платы, как минимум часть слоев которой выполняет функцию соленоида. Техническим результатом изобретения является усиление полезного сигнала сенсора, основанного на электроинерционных явлениях. 4 н. и 35 з.п. ф-лы, 10 ил.

Спутниковый акселерометр // 2627014

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к измерительным преобразователям линейного ускорения, а также к области космической техники. Спутниковый акселерометр маятникового типа содержит корпус, маятник с инерционной массой, торсионный подвес, датчик перемещений, компенсационную систему обратной связи, при этом в конструкции имеются два ограничителя движения маятника, жестко скрепленные с корпусом прибора, при этом один расположен в центре масс маятника, а второй расположен вдоль оси торсионного подвеса маятника. Технический результат – повышение порога чувствительности спутникового акселерометра. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.