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.

1. Патент RU № 45192U1G01P3/50/ Авторы:  Стихановский Б. Н., Пастухова Е. И.
2. Патент RU№ 46104 U1G01P3/50/ Авторы: Стихановский Б. Н., Пастухова Е. И.
3. Стихановский Б. Н. Процессы удара / Б. Н. Стихановский. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2010. – 332 с.

Все статьи автора «Юлия Кортусова»