Известен электромагнитный индукционный датчик [1], в котором большой электромагнитный сигнал формируется за счёт разрыва электромагнитной цепи с максимальной силой F электромагнита, что приводит к наибольшей мощности сигнала датчика по сравнению с аналогами. Основу датчика ударной скорости составляет измерительное устройство с индукционным первичным преобразователем, в котором в момент удара происходит размыкание магнитной цепи датчика, что вызывает изменение магнитного потока в магнитопроводе и наведение в измерительной обмотке ЭДС, пропорциональной скорости движения бойка.
Амплитуда сигнала датчика значительно увеличивается за счет прироста работы сил разрыва магнитопровода при ударе. Эта механическая работа электромагнитных сил притяжения затем превращается в измерительной катушке в электрический сигнал датчика.
Соударение бойка ударного механизма с инструментом и момент размыкания магнитной цепи датчика совмещены по времени. Во время удара неударными силами трения, сопротивления, тяжести и др. можно пренебречь, поскольку в момент взаимодействия соударяющихся тел ударная сила на несколько порядков больше других сил. При размыкании магнитной цепи во время механического удара в измерительной обмотке датчика возникают максимальные электрические сигналы. При этом скорость размыкания магнитной цепи оказывается связанной прямо пропорциональной зависимостью с электрическим сигналом, индуцируемым в измерительной обмотке.
Высокая ЭДС сигнала (от сотен милливольт до сотен вольт в зависимости от скорости удара и размеров датчика), обусловленная резким изменением магнитного потока в момент разрыва магнитной цепи датчика, позволяет использовать сравнительно малочувствительные указатели на выходе измерительной цепи и регистрировать измеряемую переменную величину осциллографом или импульсным вольтметром без предварительного усиления.
На рисунке 1 изображена базовая конструкция датчика ударной скорости с катушкой подмагничивания, устанавливаемого на измерительной пике ударного механизма [2].
Датчик содержит источник магнитного поля 1, электромагнитную катушку 2, которая содержит две независимые обмотки – обмотку питания 3 и измерительную обмотку 4. Для устранения относительного смещения витков при ударах и вибрациях и уменьшения в связи с этим электризации трением и кабельного эффекта витки измерительной и питающей катушки залиты эпоксидной смолой. Верхняя часть корпуса выполнена в виде перевернутого стакана 5. Крышка 6 выполнена заодно с втулкой, внутренняя поверхность которой является посадочной поверхностью датчика.
Пружины сжатия 7 и 8 упираются в шайбу 9 и опорный элемент 10 соответственно и обеспечивают возвратно-поступательное перемещение крышки 6 в исходное положение после отлета при нанесении удара по измерительной пике, а также осуществляют постоянное прижатие крышки 6 к корпусу 5 с минимальным зазором, при замкнутом магнитопроводе.
Стопорное кольцо 11 установлено с радиальным натягом в канавке корпуса 5 и предназначено для осевой фиксации катушки 2 с обмотками 3 и 4 в корпусе после нанесения удара бойком и отлета крышки 6.
Рисунок 1 – Базовая конструктивная схема датчика ударной скорости
Такое фиксированное положение катушки с обмотками относительно корпуса и незначительное осевое возвратно-поступательное перемещение относительно измерительной пики, позволяет исключить на них влияние ударной нагрузки.
Вся конструкция располагается на измерительной пике 12.
Геометрические и физико-механические параметры измерительной пики соответствуют характеристикам рабочего инструмента, что абсолютно приближает процесс измерения к реальным условиям эксплуатации ударного механизма.
Поскольку измерительная пика и рабочий инструмент взаимозаменяемы, то возможно применение одной измерительной пики с установленным на ней датчиком для контроля параметров удара как механизмов одного типа, так и механизмов иного типа, но с одинаковыми размерами хвостовика инструмента.
Применение измерительной пики с другими размерами хвостовика резко снижает достоверность результатов измерений и может привести к поломке ствола механизма.
Эти датчики прошли успешные испытания для скоростей удара от 15 м/с до 20 м/с в машинах, устройствах и стендов ударного действия: молотки, перфораторы, стенды для испытаний изделий на удар и т. п.
Появилась идея использовать эти датчики для скоростей значительно более высоких до 1000 м/с. Таким скоростям соответствует скорость пули, снаряда и т. п.
Датчик будет ставиться за броневой плитой и касаться его пикой из инструментальной стали У10. В принципе скорость разрыва электромагнитной цепи датчика должна быть пропорциональна скорости удара. Такие опыты будут проведены в ближайшее время на реальном полигоне.
Тарировка датчика может быть произведена по скорости удара, массе, геометрическим параметрам на малых скоростях, а затем результаты интерполированы на большие скорости, или по выстрелам, скорости пуль или снарядов которых известны, можно определить величину сигнала датчика, а затем использовать эту тарировку для выстрелов, скорость которых неизвестна. Мы их определим по амплитуде сигнала датчика.
В отличие от известных способов [3] (фотометрия, скоростная фотосъёмка, отклонение мешка с песком и т. д.) этот способ достаточно простой, дешёвый, для него необходим недорогой датчик и импульсный вольтметр или осциллограф с памятью.
Библиографический список
- Патент RU № 45192U1G01P3/50/ Авторы: Стихановский Б. Н., Пастухова Е. И.
- Патент RU№ 46104 U1G01P3/50/ Авторы: Стихановский Б. Н., Пастухова Е. И.
- Стихановский Б. Н. Процессы удара / Б. Н. Стихановский. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 332 с.
Количество просмотров публикации: Please wait